java也是支持多線程的語(yǔ)言。
什么是線程呢？
在說(shuō)線程之前先說(shuō)一下什么是進(jìn)程
進(jìn)程：指當(dāng)前正在執(zhí)行的程序，代表一個(gè)應(yīng)用程序在內(nèi)存中的執(zhí)行區(qū)域。
如圖1.1所示。
圖1.1 進(jìn)程信息
看下面圖1.1所示，里面是有很多的應(yīng)用程序的，每個(gè)應(yīng)用程序都使用一塊內(nèi)存區(qū)域，這個(gè)內(nèi)存區(qū)域可以稱(chēng)為一個(gè)進(jìn)程，內(nèi)存區(qū)域中是需要執(zhí)行代碼的，具體執(zhí)行代碼就是線程去執(zhí)行的。
注意：進(jìn)程只是負(fù)責(zé)開(kāi)辟內(nèi)存空間的，線程才是負(fù)責(zé)執(zhí)行代碼邏輯的執(zhí)行單元。
圖1.2 進(jìn)程-線程
線程：是進(jìn)程中的一個(gè)執(zhí)行控制單元，執(zhí)行路徑。
一個(gè)進(jìn)程中至少有一個(gè)線程在負(fù)責(zé)控制程序的執(zhí)行。
一個(gè)進(jìn)程中如果只有一個(gè)執(zhí)行路徑，這個(gè)程序稱(chēng)為單線程程序。
一個(gè)進(jìn)程中如果有多個(gè)執(zhí)行路徑時(shí)，這個(gè)程序就稱(chēng)為多線程程序。
單線程和多線程有什么區(qū)別呢？
舉一個(gè)火車(chē)站賣(mài)票的例子。
一個(gè)窗口賣(mài)票的時(shí)候效率就太低了，如果同時(shí)有上百個(gè)窗口賣(mài)票，這個(gè)時(shí)候效率就高了。
多線程最明顯的效率就是提高執(zhí)行效率。
多線程的出現(xiàn)可以有多條執(zhí)行路徑，讓多部分代碼可以同時(shí)執(zhí)行，來(lái)提高效率。
Java中的jvm虛擬機(jī)是單線程還是多線程呢？
如圖1.3中這個(gè)例子，在執(zhí)行里面的代碼的時(shí)候會(huì)在堆內(nèi)存中產(chǎn)生很多垃圾，如果是單線程處理，并且后面有很多代碼的話(huà)，就可能會(huì)造成內(nèi)存溢出，因?yàn)閱尉€程是需要這個(gè)代碼執(zhí)行完才會(huì)去調(diào)用內(nèi)存回收機(jī)制的，所以這樣就不合理了。
我們想實(shí)現(xiàn)這樣的功能，一個(gè)線程負(fù)責(zé)執(zhí)行主程序，另一個(gè)線程負(fù)責(zé)垃圾的回收。
也就是在程序運(yùn)行的同時(shí)，也進(jìn)行垃圾回收，其實(shí)java就是這樣做的，
所以java虛擬機(jī)也是多線程的。
圖1.3 代碼
如圖2.1中顯示的這個(gè)異常發(fā)生在主線程上。
圖2.1 代碼
再看下面這個(gè)例子中的代碼，如圖2.2所示。
這個(gè)代碼執(zhí)行的結(jié)果是先打印one，最后再打印two。
圖2.2 代碼
在圖2.2這個(gè)例子中，只有一個(gè)主線程在控制代碼執(zhí)行的流程，當(dāng)d1.show();沒(méi)有執(zhí)行完的時(shí)候，d2.show()是不可能執(zhí)行的，如果d1執(zhí)行時(shí)，遇到了較多的運(yùn)算，那么d2就只能等d1結(jié)束。
這兩個(gè)函數(shù)之間也沒(méi)有什么依賴(lài)關(guān)系，可不可以實(shí)現(xiàn)讓d1和d2同時(shí)執(zhí)行呢？
可以！這時(shí)就需要由一個(gè)線程控制d1，另一個(gè)線程控制d2，那如何創(chuàng)建一個(gè)線程呢？
其實(shí)java中對(duì)線程這類(lèi)事物已經(jīng)進(jìn)行了封裝，并提供了相對(duì)應(yīng)的對(duì)象，這個(gè)對(duì)象就是Thread。
查看API文檔中Thread的介紹：如圖2.3所示。
圖2.3 線程的介紹
讓Demo3類(lèi)，繼承Thread類(lèi)，覆蓋run方法。代碼實(shí)現(xiàn)如圖2.4所示。
圖2.4 線程代碼
為什么要繼承thread類(lèi)，覆蓋run方法呢？
其實(shí)直接建立Thread類(lèi)對(duì)象，并開(kāi)啟線程執(zhí)行就可以了，但是雖然線程執(zhí)行了，可是執(zhí)行的代碼是Thread類(lèi)里面run方法中默認(rèn)的代碼。
可是我們定義線程的目的是為了執(zhí)行自定義的代碼，而線程運(yùn)行的代碼必須是在run方法中的，所以只有覆蓋run方法，才可以運(yùn)行自定義的內(nèi)容，想要覆蓋run方法，必須先要繼承Thread類(lèi)。
注意：主線程運(yùn)行的代碼都在main函數(shù)中，自定義線程運(yùn)行的代碼都在對(duì)應(yīng)的run方法中。
如何調(diào)用Demo3這個(gè)線程子類(lèi)中的代碼去執(zhí)行呢，如圖2.5所示。
圖2.5代碼
這樣執(zhí)行的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)打印的結(jié)果和之前沒(méi)有改為多線程的時(shí)候一樣
這個(gè)程序，其實(shí)還是只有一個(gè)主線程真正執(zhí)行。
如果直接調(diào)用該對(duì)象的run方法，這時(shí)，底層資源并沒(méi)有完成線程的創(chuàng)建和執(zhí)行，僅僅是簡(jiǎn)單的對(duì)象調(diào)用方法的過(guò)程，所以這時(shí)執(zhí)行控制流程的只有主線程。
如果想要真正開(kāi)啟線程，需要去調(diào)用Thread類(lèi)中的另一個(gè)方法來(lái)完成。
start方法：
該方法做了兩件事情：
1. 開(kāi)啟線程
2. 調(diào)用了線程的run方法
修改下面的代碼執(zhí)行，這個(gè)執(zhí)行效果就是多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行。如圖2.6所示。
圖2.6 多線程代碼
當(dāng)創(chuàng)建了兩個(gè)對(duì)象d1,d2后，這時(shí)程序就有了3個(gè)線程在同時(shí)執(zhí)行(d1,d2,main)。
當(dāng)主函數(shù)執(zhí)行完d1.start()，d2.start()后，這時(shí)三個(gè)線程同時(shí)打印，結(jié)果比較雜亂，這時(shí)因?yàn)榫€程的隨機(jī)性造成的。
隨機(jī)性的原理是：
windows中的多任務(wù)同時(shí)執(zhí)行，其實(shí)就是多個(gè)應(yīng)用程序在同時(shí)執(zhí)行，而每一個(gè)應(yīng)用程序都由線程來(lái)負(fù)責(zé)控制的，所以windows就是一個(gè)多線程的操作系統(tǒng)，CPU是負(fù)責(zé)提供程序運(yùn)算的設(shè)備。
CPU的特點(diǎn)：在某一個(gè)時(shí)刻，一個(gè)CPU，只能執(zhí)行一個(gè)程序，所以多個(gè)程序同時(shí)執(zhí)行其實(shí)并不是真正的同時(shí)執(zhí)行，其實(shí)就是CPU在做著快速的切換完成的，只是我們感覺(jué)上是同時(shí)而已。
能不能真正意義上的同時(shí)執(zhí)行呢？
可以的，就是需要多個(gè)CPU，也就是現(xiàn)在所見(jiàn)的多核cpu。
如圖2.7所示。
圖2.7 CPU執(zhí)行
再把代碼改一下，看一下多個(gè)線程的名稱(chēng)，在這我們還沒(méi)學(xué)習(xí)到如何獲取線程的名稱(chēng)，所以我們通過(guò)其他方式來(lái)查看線程的名稱(chēng)，如圖2.8所示。
可以看到打印的錯(cuò)誤信息main、Thread0和Thread1
圖2.8線程信息
如果我想通過(guò)代碼獲取線程的名稱(chēng)該怎么獲取呢？
查看API文檔可以發(fā)現(xiàn) Thread類(lèi)有一個(gè)方法叫getName，可以獲取當(dāng)前線程的名稱(chēng)。
看下面這個(gè)例子，如圖2.9所示。
圖2.9線程信息
注意：因?yàn)?/span>Demo3這個(gè)類(lèi)是Thread的子類(lèi)，所以可以直接使用Thread類(lèi)中的getName()方法，獲取當(dāng)前線程的名字。
多線程的名稱(chēng)默認(rèn)是以Thread-開(kāi)頭，后面的編號(hào)是從0開(kāi)始的。
我們知道main函數(shù)也是由一個(gè)主線程執(zhí)行的，那我在這也使用getName()能不能獲取到主線程的名稱(chēng)呢？
不可以的，因?yàn)檫@個(gè)類(lèi)并不是Thread的子類(lèi)，所以無(wú)法使用這個(gè)方法。
這個(gè)主線程是虛擬機(jī)創(chuàng)建的。
但是我們可以通過(guò)Thead類(lèi)中的currentThread方法獲取當(dāng)前線程對(duì)象，再通過(guò)當(dāng)前線程對(duì)象來(lái)調(diào)用getName方法獲取當(dāng)前線程的名稱(chēng)。
下面這個(gè)代碼執(zhí)行完之后就可以看到主線程的名稱(chēng)就是main。
如圖2.10所示。
圖2.10 獲取線程對(duì)象
線程默認(rèn)的名稱(chēng)不容易識(shí)別，所以就想給線程起名字
看API發(fā)現(xiàn)還有一個(gè)setName方法，如圖2.11所示。
圖2.11 設(shè)置線程名稱(chēng)
查看API文檔發(fā)現(xiàn)這個(gè)Thread對(duì)象的名稱(chēng)還可以在創(chuàng)建線程的時(shí)候通過(guò)構(gòu)造函數(shù)傳遞過(guò)去。
但是我們之前也傳遞了參數(shù)，線程的名稱(chēng)也沒(méi)有發(fā)生變化
那是因?yàn)槲覀冏远x的子類(lèi)沒(méi)有這個(gè)功能，所以需要在子類(lèi)的有參構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用父類(lèi)的有參構(gòu)造函數(shù)。
改成下面這樣就行了，如圖2.12所示。
圖2.12線程代碼
總結(jié)下剛才我們說(shuō)的那幾個(gè)方法
static Thread currentThread():獲取當(dāng)前線程對(duì)象
String getName()：獲取線程名稱(chēng)
void setname()：設(shè)置線程的名稱(chēng)
Thread(String name):構(gòu)造函數(shù)，在建立線程對(duì)象的時(shí)候指定名稱(chēng)
畫(huà)圖分析一下線程運(yùn)行時(shí)的不同狀態(tài)。如圖2.13所示。
有時(shí)候cpu在執(zhí)行這個(gè)線程，有時(shí)候CPU不在執(zhí)行這個(gè)線程
線程首先被創(chuàng)建，再運(yùn)行，被創(chuàng)建的線程如何到運(yùn)行狀態(tài)呢？
調(diào)用start方法就可以了
還有一種狀態(tài)，凍結(jié)狀態(tài)。
還有一種狀態(tài)，消亡狀態(tài)
運(yùn)行狀態(tài)到消亡狀態(tài)需要調(diào)用stop方法，或者run方法運(yùn)行結(jié)束。
運(yùn)行狀態(tài)怎么到凍結(jié)狀態(tài)呢？
有時(shí)候我們需要讓線程在執(zhí)行的時(shí)候暫時(shí)停一會(huì)，讓別的線程去執(zhí)行。
通過(guò)凍結(jié)狀態(tài)控制線程的執(zhí)行。
讓正在運(yùn)行的線程調(diào)用sleep(time)可以讓當(dāng)前線程睡一會(huì)。
具體睡多久，我們通過(guò)參數(shù)來(lái)執(zhí)行，單位是毫秒。
如何從凍結(jié)狀態(tài)恢復(fù)到運(yùn)行狀態(tài)呢？
sleep(time)時(shí)間到的話(huà)線程就會(huì)自動(dòng)恢復(fù)到運(yùn)行狀態(tài)了。
通過(guò)調(diào)用wait()方法也可以讓運(yùn)行的線程進(jìn)入到凍結(jié)狀態(tài)，但是wait不用指定時(shí)間，而sleep必須要指定時(shí)間。如何恢復(fù)呢？這個(gè)時(shí)候就需要讓另外一個(gè)線程調(diào)用notify方法(喚醒的意思)。
還有一個(gè)最重要的狀態(tài)，臨時(shí)阻塞狀態(tài)
這個(gè)狀態(tài)怎么來(lái)的呢？
假設(shè)我有三個(gè)線程，A線程和B線程還有C線程，當(dāng)這3個(gè)線程都調(diào)用了start方法后，叫做3個(gè)線程具備了執(zhí)行資格，處于臨時(shí)阻塞狀態(tài)。當(dāng)某一個(gè)線程A正在被CPU執(zhí)行，說(shuō)明A線程處于運(yùn)行狀態(tài)，即具備了執(zhí)行資格，也具備了CPU的執(zhí)行權(quán)。
而B,C處于臨時(shí)阻塞狀態(tài)，當(dāng)CPU切換到B線程時(shí)，B就具備了執(zhí)行權(quán)，這時(shí)A和C就處理臨時(shí)阻塞狀態(tài)，只具備執(zhí)行資格，不具備執(zhí)行權(quán)。
所以，臨時(shí)阻塞狀態(tài)：該狀態(tài)中的線程，具備執(zhí)行資格的，但是不具備執(zhí)行權(quán)。
臨時(shí)阻塞狀態(tài)時(shí)由CPU控制的，凍結(jié)狀態(tài)是人為控制的。
圖2.13 線程的四種運(yùn)行狀態(tài)
需求：
火車(chē)站售票，一共100章，通過(guò)4個(gè)窗口賣(mài)完。
因?yàn)?/span>4個(gè)窗口售票動(dòng)作被同時(shí)執(zhí)行，所以需要用到多線程技術(shù)。代碼如圖2.14所示。
開(kāi)啟四個(gè)窗口賣(mài)票：
圖2.14 賣(mài)票代碼
本來(lái)100張票，現(xiàn)在卻賣(mài)出了400張票，這樣就出大事了。
現(xiàn)在我創(chuàng)建了4個(gè)對(duì)象，每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)ticket變量，所以就是400張了。
這個(gè)時(shí)候把這個(gè)變量設(shè)置為靜態(tài)的就可以了。這樣再執(zhí)行，打印結(jié)果就正常了。
如圖2.15所示。
圖2.15 代碼
但是我們不建議使用靜態(tài)，因?yàn)榧由响o態(tài)之后，對(duì)象的生命周期變得過(guò)長(zhǎng)，我們還有其他解決方案來(lái)解決多線程數(shù)據(jù)共享的問(wèn)題，所以把static關(guān)鍵字取消掉。
在main函數(shù)中new一個(gè)線程，調(diào)用4次start行嗎？
注意：這樣是會(huì)報(bào)錯(cuò)的。因?yàn)槎啻螁?dòng)一個(gè)線程是會(huì)報(bào)錯(cuò)的。
線程已經(jīng)開(kāi)啟了，再調(diào)用開(kāi)啟是不合適的，如圖2.16所示。
圖2.16 代碼
如果你要處理的資源和你的動(dòng)作封裝到一起了，可以怎么做呢？
繼承搞不定的話(huà)我們就使用另外一種方式來(lái)搞定
創(chuàng)建線程的另一種方法是實(shí)現(xiàn)runnable接口，然后實(shí)現(xiàn)run方法，在創(chuàng)建Thread時(shí)作為一個(gè)參數(shù)來(lái)傳遞并啟動(dòng)
到API文檔中查看一下runnable接口
把之前的代碼改造成這樣的，如圖2.17所示。
圖2.17 線程代碼
這個(gè)代碼執(zhí)行的時(shí)候是沒(méi)有任何輸出的，因?yàn)槟J(rèn)Thread的run方法什么都沒(méi)做。
可是我開(kāi)啟多線程的目的是為了讓他執(zhí)行我指定的run方法
所說(shuō)義在這我們要首先明確run方法所屬的對(duì)象。
我只要在線程類(lèi)建立對(duì)象的同時(shí)，把要執(zhí)行run方法的對(duì)象傳進(jìn)去即可。
這樣Thread線程在開(kāi)啟的時(shí)候就有了明確的run方法。
把這個(gè)ticket對(duì)象傳給四個(gè)線程對(duì)象，如圖2.18所示。
圖2.18 多線程代碼
在這執(zhí)行的時(shí)候如果想要獲取線程的名稱(chēng)，就不能在TicketWin類(lèi)中直接使用getName了，因?yàn)楝F(xiàn)在這個(gè)類(lèi)不是線程的子類(lèi)了，
在這我們使用線程的currentThread方法獲取線程名稱(chēng)，如圖2.19所示。
2.19線程代碼
那么這一種和第一種比到底有什么好處呢？
第一種方式都繼承子類(lèi)之后會(huì)造成資源不共享，
第二種的話(huà)，就很方便了，實(shí)現(xiàn)一個(gè)接口，讓多個(gè)線程去運(yùn)行即可。這樣就可以實(shí)現(xiàn)資源的共享了。
一：繼承Thread類(lèi)。
步驟：
1.定義類(lèi)繼承Thread。
2.覆蓋Thread類(lèi)中的run方法，run方法用于存儲(chǔ)多線程要運(yùn)行的代碼。
3.創(chuàng)建Thread類(lèi)的子類(lèi)對(duì)象創(chuàng)建線程。
4.調(diào)用Thread類(lèi)中的start方法開(kāi)啟線程，并執(zhí)行子類(lèi)中的run方法。
特點(diǎn)：
1.當(dāng)類(lèi)去描述事物，事物中有屬性和行為。
如果行為中有部分代碼需要被多線程所執(zhí)行，同時(shí)還在操作屬性。
就需要該類(lèi)繼承Thread類(lèi)，產(chǎn)生該類(lèi)的對(duì)象作為線程對(duì)象。
可是這樣做會(huì)導(dǎo)致每一個(gè)對(duì)象中都存儲(chǔ)一份屬性數(shù)據(jù)。
無(wú)法在多個(gè)線程中共享該數(shù)據(jù)。加上靜態(tài)，雖然實(shí)現(xiàn)了共享但是生命周期過(guò)長(zhǎng)。
2.如果一個(gè)類(lèi)明確了自己的父類(lèi)，那么很遺憾，它就不可以在繼承Thread。
因?yàn)?/span>java不允許類(lèi)的多繼承。
二：實(shí)現(xiàn)Runnable接口：
步驟：
1.定義類(lèi)實(shí)現(xiàn)Runnable接口。
2.覆蓋接口中的run方法，將多線程要運(yùn)行的代碼定義在方法中。
3.通過(guò)Thread類(lèi)創(chuàng)建線程對(duì)象，并將實(shí)現(xiàn)了Runnable接口的子類(lèi)對(duì)象
作為實(shí)際參數(shù)傳遞給Thread類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)。
為什么非要被Runnable接口的子類(lèi)對(duì)象傳遞給Thread類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)呢？
是因?yàn)榫€程對(duì)象在建立時(shí)，必須要明確自己要運(yùn)行的run方法，而這個(gè)run方法
定義在了Runnable接口的子類(lèi)中，所以要將該run方法所屬的對(duì)象傳遞給Thread類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)。
讓線程對(duì)象一建立，就知道運(yùn)行哪個(gè)run方法。
4.調(diào)用Thread類(lèi)中的start方法，開(kāi)啟線程，并執(zhí)行Runanble接口子類(lèi)中的run方法。
特點(diǎn)：
1.描述事物的類(lèi)中封裝了屬性和行為，如果有部分代碼需要被多線程所執(zhí)行。
同時(shí)還在操作屬性。那么可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)Runnable接口的方式。
因?yàn)樵摲绞绞嵌x一個(gè)Runnable接口的子類(lèi)對(duì)象，可以被多個(gè)線程所操作
實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享。
2.實(shí)現(xiàn)了Runnable接口的好處，避免了單繼承的局限性。
也就說(shuō)，一個(gè)類(lèi)如果已經(jīng)有了自己的父類(lèi)是不可以繼承Thread類(lèi)的。
但是該類(lèi)中還有需要被多線程執(zhí)行的代碼。這時(shí)就可以通過(guò)在該類(lèi)上功能擴(kuò)展的形式。
實(shí)現(xiàn)一個(gè)Runnable接口。
所以在創(chuàng)建線程時(shí)，建議使用第二種方式。
線程安全問(wèn)題：因?yàn)榫€程執(zhí)行的隨機(jī)性，有可能會(huì)導(dǎo)致多線程在操作數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的情況產(chǎn)生。
分析下面這個(gè)代碼，理論上是存在線程安全的問(wèn)題的，賣(mài)出去的票可能大于100張，代碼如圖3.1所示。
圖3.1 線程代碼
如果電腦開(kāi)的程序比較多，出現(xiàn)問(wèn)題的概率就比較大，我們現(xiàn)在開(kāi)的程序少，還沒(méi)出現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象
下面模擬一下，如圖3.2所示。
在代碼中讓程序睡一會(huì)。調(diào)用sleep，因?yàn)?/span>sleep拋出的有異常，所以需要在這進(jìn)行處理，只能try catch，不能throws，因?yàn)槲覀冞@個(gè)類(lèi)實(shí)現(xiàn)了runnable接口，runnable接口中的run方法并沒(méi)有向外拋出異常。
圖3.2 線程代碼
這時(shí)就出現(xiàn)了線程安全的問(wèn)題。打印出來(lái)的票號(hào)有0和負(fù)數(shù)，并且票的張數(shù)也超過(guò)了100張。
線程安全問(wèn)題產(chǎn)生的原因：
當(dāng)線程中多條代碼在操作同一個(gè)共享數(shù)據(jù)時(shí)，一個(gè)線程將部分代碼執(zhí)行完，還沒(méi)有基礎(chǔ)執(zhí)行其他代碼時(shí)，被另一個(gè)線程獲取到了CPU執(zhí)行權(quán)，這時(shí)，共享數(shù)據(jù)操作就有可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。
簡(jiǎn)答說(shuō)：多條操作數(shù)據(jù)的代碼被多個(gè)線程分來(lái)執(zhí)行造成的。
在我們這個(gè)案例里面就是判斷和--操作被多個(gè)線程分開(kāi)執(zhí)行了，
安全問(wèn)題涉及的內(nèi)容：
1. 共享數(shù)據(jù)
2. 是否被多條語(yǔ)句操作
這也是判斷多線程程序是否存在安全隱患的依據(jù)。
注意：下面這兩個(gè)操作沒(méi)有被一個(gè)線程執(zhí)行完，而是被多線程分開(kāi)來(lái)執(zhí)行了，這樣就容易引發(fā)線程安全問(wèn)題。如圖3.3所示。
圖3.3 代碼
如何解決這個(gè)線程安全問(wèn)題呢？
java中提供了一個(gè)同步機(jī)制，解決的原理是讓多條操作共享數(shù)據(jù)的代碼在某一時(shí)間段，被一個(gè)線程執(zhí)行完，在執(zhí)行過(guò)程中，其他線程不可以參與運(yùn)算。
同步的格式看下面，這個(gè)代碼塊可以保證一次只有一個(gè)線程在里面執(zhí)行。
里面需要一個(gè)對(duì)象，這個(gè)對(duì)象可以是任意對(duì)象，就算是new 一個(gè)類(lèi)也可以，但是我還需要定義這個(gè)類(lèi)，比較麻煩，所以可以直接在這個(gè)類(lèi)里面new一個(gè)Object。
同步的格式(同步代碼塊)：
synchronized(對(duì)象){ // 該對(duì)象可以是任意對(duì)象
需要被同步的代碼;
}
代碼案例如圖3.4所示。
圖3.4 代碼
這樣改完之后，再執(zhí)行，就不會(huì)出現(xiàn)負(fù)號(hào)票了。
同步代碼塊到底是如何解決線程安全問(wèn)題的呢？
看這段代碼，如圖3.5所示，假設(shè)有四個(gè)線程會(huì)執(zhí)行，第一個(gè)線程過(guò)來(lái)之后，執(zhí)行到synchronized代碼，在這里我們?yōu)榱朔奖憷斫猓梢园?/span>obj認(rèn)為是只有0和1的兩個(gè)狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線程過(guò)來(lái)的時(shí)候，判斷obj的值，如果是1，則向下執(zhí)行，在向下執(zhí)行的時(shí)候會(huì)把這個(gè)值改為0，這樣其他線程過(guò)來(lái)的話(huà)就進(jìn)不來(lái)這個(gè)代碼塊了，這樣我的第一個(gè)線程就繼續(xù)向下執(zhí)行，當(dāng)執(zhí)行到最后的時(shí)候再把obj的值從0改為1，這個(gè)時(shí)候其他線程才可以進(jìn)入這個(gè)代碼塊。
圖3.5 代碼
舉個(gè)例子，火車(chē)上的衛(wèi)生間。
你去上廁所的時(shí)候會(huì)看一下里面是否有人，如果沒(méi)人，直接進(jìn)去把門(mén)反鎖上，這樣就顯示廁所有人了，其他人就進(jìn)不來(lái)了。
其實(shí)剛才我們說(shuō)的obj就相當(dāng)于是一把鎖。
誰(shuí)執(zhí)行到這個(gè)同步，就持有這把鎖，誰(shuí)執(zhí)行完了就釋放這個(gè)鎖。
同步的原理：
通過(guò)一個(gè)對(duì)象鎖，將多條操作共享數(shù)據(jù)的代碼進(jìn)行了封裝并加鎖。這樣只有持有這個(gè)鎖的線程才能操作同步中的代碼
在這個(gè)線程執(zhí)行期間，即使其他線程獲得了執(zhí)行權(quán)，因?yàn)闆](méi)有獲得鎖，就只能在同步代碼塊外面等
只有當(dāng)同步中的線程執(zhí)行完同步代碼塊中的代碼，才會(huì)釋放這個(gè)鎖，這個(gè)時(shí)候其他線程才有機(jī)會(huì)去獲取這個(gè)鎖
并只能有一個(gè)線程獲取到鎖而且進(jìn)入到同步中。
同步的好處：
同步的出現(xiàn)解決了多線程的安全問(wèn)題。
同步的弊端：
因?yàn)槎鄠€(gè)線程每次都要判斷這個(gè)鎖，所以效率會(huì)降低。
以后我們?cè)趯?xiě)同步代碼的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，如果出現(xiàn)了安全問(wèn)題，加入了同步，安全問(wèn)題依然存在，因?yàn)橥绞怯星疤岬模欢ㄒ_認(rèn)是哪塊的問(wèn)題；
同步前提：
1. 同步需要兩個(gè)或者兩個(gè)以上的線程
2. 多個(gè)線程使用的是同一個(gè)鎖
未滿(mǎn)足這兩個(gè)條件，不能稱(chēng)其為同步。
如果出現(xiàn)了加上同步代碼 安全問(wèn)題依然存在的情況，就按照這兩個(gè)前提來(lái)排查問(wèn)題。
注意：
同步前提里面的1：如果單線程也使用同步的話(huà)，這樣既不存在安全性，效率還低。
同步前提里面的2：如果一個(gè)線程使用A鎖，一個(gè)線程使用B鎖，這樣的話(huà)和不使用鎖沒(méi)什么區(qū)別
注意：這種寫(xiě)法是錯(cuò)誤的，相當(dāng)于給每一個(gè)線程都使用一個(gè)不同的鎖，所以輸出結(jié)果還是有負(fù)數(shù)，如圖3.6所示。
圖3.6 代碼
看這個(gè)例子
有兩個(gè)儲(chǔ)戶(hù)，到同一個(gè)銀行存錢(qián)，每次存100，存3次，兩個(gè)儲(chǔ)戶(hù)是隨機(jī)存入的。
銀行有一個(gè)金庫(kù)，提供一個(gè)存錢(qián)的功能。
代碼實(shí)現(xiàn)如圖3.7所示。
圖3.7 銀行存款
這樣實(shí)現(xiàn)的話(huà)，打印的是100 200 300 ，沒(méi)有出現(xiàn)600.
因?yàn)?/span>newBank是在run方法內(nèi)部調(diào)用的，這樣兩次調(diào)用就會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)bank對(duì)象，所以需要把這個(gè)對(duì)象提到run方法外面，和run方法平級(jí)。
把Cus類(lèi)改成這樣，如圖3.8所示。
圖3.8 代碼
改過(guò)之后看看代碼有沒(méi)有線程安全問(wèn)題。
根據(jù)線程安全的判斷原則，有共享變量，有多個(gè)線程操作。所以是存在的，
在這個(gè)代碼的位置添加sleep，演示下效果。如圖3.9所示。
圖3.9 代碼
執(zhí)行的效果如下圖3.10所示。
圖3.10 執(zhí)行的結(jié)果
分析下為什么沒(méi)打印100，因?yàn)榫€程1過(guò)來(lái)的時(shí)候sum變成了100，線程1休息一會(huì)，線程2過(guò)來(lái)，sum就變成了200，最后線程1和線程2都打印的是200
所以，我們發(fā)現(xiàn)sum是共享數(shù)據(jù)，有兩條語(yǔ)句在操作這個(gè)共享數(shù)據(jù)，如果這兩條語(yǔ)句被多個(gè)線程分開(kāi)執(zhí)行，也就是一個(gè)線程沒(méi)有執(zhí)行完，其他線程就參與執(zhí)行了，就容易發(fā)生線程安全問(wèn)題。
解決辦法：加入同步機(jī)制，將需要被一個(gè)線程一次執(zhí)行完的代碼存儲(chǔ)到同步代碼塊中。
那么使用前面學(xué)習(xí)的synchroized代碼塊，代碼如圖3.11所示。
圖3.11 代碼
注意：Cus類(lèi)中的for循環(huán)中的x是不涉及線程安全問(wèn)題的，他是一個(gè)局部變量。
在這里我們發(fā)現(xiàn)，同步代碼塊是用于封裝代碼的，而函數(shù)也是用來(lái)封裝代碼的，所不同之處是同步帶有鎖機(jī)制。那么如果讓函數(shù)具備同步的特性，不就可以取代同步代碼塊了嗎
怎么讓函數(shù)具備同步性呢？
其實(shí)很簡(jiǎn)單，只要在函數(shù)上加上一個(gè)同步關(guān)鍵字修飾即可，這就是同步的另一個(gè)體現(xiàn)形式，同步函數(shù)。代碼如圖3.12所示。
圖 3.12 同步函數(shù)
同步函數(shù)用的是哪個(gè)鎖呢？
修改前面賣(mài)票的代碼，如圖3.13所示。
發(fā)現(xiàn)賣(mài)的票重復(fù)了，因?yàn)楝F(xiàn)在用的鎖不是同一個(gè)。
圖3.13 代碼
把同步代碼塊的鎖換成this，驗(yàn)證一下效果。如圖3.14所示。
圖3.14 代碼
將同步代碼塊的鎖換成this.發(fā)現(xiàn)同步安全問(wèn)題解決了，所以可以確認(rèn)同步函數(shù)使用的同步鎖是this。
同步函數(shù)和同步代碼塊的區(qū)別：
同步代碼塊使用的鎖可以是任意對(duì)象
同步函數(shù)使用的鎖是固定對(duì)象 this
所以一般定義同步時(shí)，建議使用同步代碼塊。如果鎖對(duì)象可以使用this，那么就可以使用同步函數(shù)。
單例模式我們前面講了有兩種實(shí)現(xiàn)形式，一種是餓漢式、一種是懶漢式，如圖3.15所示。
圖3.15 單例模式
針對(duì)第二種懶漢式這種形式，當(dāng)多個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行getInstance方法時(shí)，容易發(fā)生線程安全問(wèn)題，因?yàn)?/span>s是共享數(shù)據(jù)，有多條語(yǔ)句在操作共享數(shù)據(jù)。
解決方式很簡(jiǎn)單，只要讓getInstance方法具備同步性即可，如圖3.16所示。
圖3.16 懶漢式
這樣雖然解決了線程安全問(wèn)題，但是多個(gè)線程每一次獲取該實(shí)例都要調(diào)用這個(gè)方法，這樣效率會(huì)比較低。為了保證安全，同時(shí)提高效率，可以通過(guò)雙重判斷的形式來(lái)完成，其實(shí)就是減少線程判斷鎖的次數(shù)。如圖3.17所示。
通過(guò)雙重判斷來(lái)提高效率，當(dāng)后續(xù)執(zhí)行到第一個(gè)判斷語(yǔ)句的時(shí)候，就會(huì)發(fā)現(xiàn)s!=null，這個(gè)時(shí)候就不需要再判斷同步鎖的代碼了。
圖3.17 懶漢式代碼
多線程的異步執(zhí)行方式，雖然能夠最大限度發(fā)揮多核計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，但是如果不加控制，反而會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成負(fù)擔(dān)。線程本身也要占用內(nèi)存空間，大量的線程會(huì)占用內(nèi)存資源并且可能會(huì)導(dǎo)致Out of Memory。即便沒(méi)有這樣的情況，大量的線程回收也會(huì)給GC帶來(lái)很大的壓力。
為了避免重復(fù)的創(chuàng)建線程，線程池的出現(xiàn)可以讓線程進(jìn)行復(fù)用。通俗點(diǎn)講，當(dāng)有工作來(lái)，就會(huì)向線程池拿一個(gè)線程，當(dāng)工作完成后，并不是直接關(guān)閉線程，而是將這個(gè)線程歸還給線程池供其他任務(wù)使用。
java中提供的線程池大致有下面這4種：
1. newFixedThreadPool
2. newSingleThreadExecutor
3. newCachedThreadPool
4. newScheduledThreadPool
其中常用的是newFixedThreadPool，在這里我們就以這個(gè)為例進(jìn)行分析演示。
固定大小的線程池，可以指定線程池的大小，該線程池中的線程數(shù)量始終不變，當(dāng)有新任務(wù)提交時(shí)，線程池中有空閑線程則會(huì)立即執(zhí)行，如果沒(méi)有，則會(huì)暫存到阻塞隊(duì)列。對(duì)于固定大小的線程池，不存在線程數(shù)量的變化。缺點(diǎn)是在線程池空閑時(shí)，即線程池中沒(méi)有可運(yùn)行任務(wù)時(shí)，它也不會(huì)釋放工作線程，還會(huì)占用一定的系統(tǒng)資源。
代碼案例如圖4.1所示。
圖4.1 線程池代碼
線程池的大小決定著系統(tǒng)的性能，過(guò)大或者過(guò)小的線程池?cái)?shù)量都無(wú)法發(fā)揮最優(yōu)的系統(tǒng)性能。
當(dāng)然線程池的大小也不需要做的太過(guò)于精確，只需要避免過(guò)大和過(guò)小的情況。一般來(lái)說(shuō)，確定線程池的大小需要考慮CPU的數(shù)量，內(nèi)存大小，任務(wù)是計(jì)算密集型還是IO密集型等因素
NCPU = CPU的數(shù)量
UCPU = 期望對(duì)CPU的使用率 0 ≤UCPU ≤ 1
W/C = 等待時(shí)間與計(jì)算時(shí)間的比率
如果希望處理器達(dá)到理想的使用率，那么線程池的最優(yōu)大小為：
線程池大?。?/span>Nthreads=Ncpu* Ucpu * (1+W/C)
下面分析一下IO密集型的任務(wù)下線程池大小的設(shè)置：
一般情況下，如果存在IO，那么肯定w/c>1（阻塞耗時(shí)一般都是計(jì)算耗時(shí)的很多倍）,但是需要考慮系統(tǒng)內(nèi)存有限（每開(kāi)啟一個(gè)線程都需要內(nèi)存空間），這里需要上服務(wù)器測(cè)試具體多少個(gè)線程數(shù)適合（CPU占比、線程數(shù)、總耗時(shí)、內(nèi)存消耗）。如果不想去測(cè)試，保守點(diǎn)取1即，Nthreads=Ncpu*1*(1+1)=2Ncpu。這樣設(shè)置一般都OK。
針對(duì)計(jì)算密集型的任務(wù)下線程池大小的設(shè)置：
假設(shè)沒(méi)有等待，w=0，則W/C=0. Nthreads=Ncpu。
總結(jié)：
IO密集型=2Ncpu（可以測(cè)試后自己控制大小，2Ncpu一般沒(méi)問(wèn)題，其實(shí)在實(shí)際中可以把這個(gè)值適當(dāng)調(diào)大一些）（常出現(xiàn)于線程中：數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)交互、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、文件處理、網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)等等）
計(jì)算密集型=Ncpu（常出現(xiàn)于線程中：復(fù)雜算法）
對(duì)于計(jì)算密集型的任務(wù)，在擁有N個(gè)處理器的系統(tǒng)上，當(dāng)線程池的大小為N+1時(shí)，通常能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的效率。即使當(dāng)計(jì)算密集型的線程偶爾由于缺失故障或者其他原因而暫停時(shí)，這個(gè)額外的線程也能確保CPU的時(shí)鐘周期不會(huì)被浪費(fèi)。
java中：int Ncpu = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
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