Java基础-多线程篇

Posted 2020-11-23 bruce1993

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java基础-多线程篇相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1. 多线程基础

想要设计一个程序，边打游戏边听歌，怎么设计？

要解决上述问题,得使用多进程或者多线程来解决.

1.1 并发和并行

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并发：指两个或多个事件在同一个时间段内发生（交替执行）。
- 在操作系统中，安装了多个程序，并发指的是在一段时间内宏观上有多个程序同时运行，这在单 CPU 系统中，每一时刻只能有一道程序执行，即微观上这些程序是分时的交替运行，只不过是给人的感觉是同时运行，那是因为分时交替运行的时间是非常短的。
并行：指两个或多个事件在同一时刻发生（同时发生）。
- 而在多个 CPU 系统中，则这些可以并发执行的程序便可以分配到多个处理器上（CPU），实现多任务并行执行，即利用每个处理器来处理一个可以并发执行的程序，这样多个程序便可以同时执行。目前电脑市场上说的多核 CPU，便是多核处理器，核越多，并行处理的程序越多，能大大的提高电脑运行的效率。

注意：单核处理器的计算机肯定是不能并行的处理多个任务的，只能是多个任务在单个CPU上并发运行。同

理,线程也是一样的，从宏观角度上理解线程是并行运行的，但是从微观角度上分析却是串行运行的，即一个

线程一个线程的去运行，当系统只有一个CPU时，线程会以某种顺序执行多个线程，我们把这种情况称之为

线程调度。

1.2 线程与进程

进程：是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有一个独立的内存空间，一个应用程序可以同时运行多

个进程；进程也是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位；系统运行一个程序即是一个进程从创

建、运行到消亡的过程。
技术图片

线程：线程是进程中的一个执行单元，负责当前进程中程序的执行，一个进程中至少有一个线程。一个进程

中是可以有多个线程的，这个应用程序也可以称之为多线程程序。

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简而言之：一个程序运行后至少有一个进程，一个进程中可以包含多个线程

1.3 线程调度

分时调度

所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间。
抢占式调度
- 优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个(线程随机性)，Java使用的为抢占式调度。
- 多线程可以提高cpu的利用率
  
  大部分操作系统都支持多进程并发运行，现在的操作系统几乎都支持同时运行多个程序。在同时运行的程序，”感觉这些软件好像在同一时刻运行着“。
  
  实际上，CPU(中央处理器)使用抢占式调度模式在多个线程间进行着高速的切换。对于CPU的一个核而言，某个时刻，只能执行一个线程，而 CPU的在多个线程间切换速度相对我们的感觉要快，看上去就是在同一时刻运行。其实，多线程程序并不能提高程序的运行速度，但能够提高程序运行效率，让CPU的使用率更高。

2. Java中使用线程

2.1 创建线程-方式1

? Java使用 java.lang.Thread 类代表线程，所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。每个线程的作用是完成一定的任务，实际上就是执行一段程序流即一段顺序执行的代码。Java使用线程执行体来代表这段程序流。 Java中通过继承Thread类来创建并启动多线程的步骤如下：

步骤：
1. 定义Thread类的子类，并重写该类的run()方法，该run()方法的方法体就代表了线程需要完成的任务,因此把 run()方法称为线程执行体。
2. 创建Thread子类的实例，即创建了线程对象。
3. 调用线程对象的start()方法来启动该线程。

代码：

/*测试类中的代码*/
public class DemoThread {
  public static void main(String[] args) {
    MyThread mt = new MyThread("线程1");
    mt.start(); // 启动线程1的任务
    MyThread mt2 = new MyThread("线程2");
    mt2.start(); // 启动线程1的任务

  }
}
/*定义的线程类代码*/
public class MyThread extends Thread {
  public MyThread(String name) {
    super(name);
  }

  @Override
  public void run() {
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
      System.out.println(getName() + "线程执行" + i);
    }
  }
}

2.2 多线程原理

? 多个线程之间的程序不会影响彼此（比如一个线程崩溃了并不会影响另一个线程）。

在Java中，main方法是程序执行的入口，也是Java程序的主线程。当在程序中开辟新的线程时，执行过程是这样的。

执行过程
- 首先main方法作为主程序先压栈执行。
- 在主程序的执行过程中，若创建了新的线程，则内存中会另开辟一个新的栈来执行新的线程。
- 每一个新的线程都会有一个新的栈来存放新的线程任务。
- 栈与栈之间的任务不会互相影响。
- CPU会随机切换执行不同栈中的任务。
图解执行过程：（上述代码为例）

2.3 Thread类常用方法

构造方法
- public Thread() :分配一个新的线程对象。
- public Thread(String name) :分配一个指定名字的新的线程对象。
- public Thread(Runnable target) :分配一个带有指定目标新的线程对象。
- public Thread(Runnable target,String name) :分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字。
常用方法
- public String getName() :获取当前线程名称。
- public void start() :导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。
- public void run() :此线程要执行的任务在此处定义代码。
- public static void sleep(long millis) :使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停（暂时停止执行）。
- public static Thread currentThread() :返回对当前正在执行的线程对象的引用。

代码：

//【代码测试类】
public class Main01 {
  public static void main(String[] args) {
    MyThread mt = new MyThread("线程1");
    mt.start();
    // 打印线程名称
    System.out.println(mt.getName());
    System.out.println("当前线程是" + Thread.currentThread().getName());
    // 每间隔一秒钟打印一个数字
    for (int i = 0; i < 60; i++) {
      System.out.println(i);
      try {
        // sleep抛出了异常，需要处理异常
        Thread.sleep(1000);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }
}
//【MyThread类】
public class MyThread extends Thread{
  public  MyThread(){
    super();
  }
  // 构造函数中调用父类构造函数传入线程名称
  public MyThread(String name) {
    super(name);
  }
  @Override
  public void run() {
    // 打印线程名称
    System.out.println(this.getName());
    System.out.println("当前线程是" + Thread.currentThread().getName());
  }
}

2.4 创建线程-方式2

? 翻阅API后得知创建线程的方式总共有两种，一种是继承Thread类方式，一种是实现Runnable接口方式。

Runnable使用步骤
1. 定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法，该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。
2. 创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。
3. 调用线程对象的start()方法来启动线程。

代码

// 测试类
public class Main01 {
  public static void main(String[] args) {
    // 创建Runnable对象
    RunnableImpl ra = new RunnableImpl();
    // 创建线程对象并传入Runnable对象
    Thread th = new Thread(ra);
    // 启动并执行线程任务
    th.start();
  }
}
// 【Runnable实现类】
public class RunnableImpl implements Runnable {
  @Override
  public void run() {
    System.out.println("线程任务1");
  }
}

总结
- 通过实现Runnable接口，使得该类有了多线程类的特征。run()方法是多线程程序的一个执行目标。所有的多线程代码都在run方法里面。Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。
- 在启动的多线程的时候，需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象，然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。
- 实际上所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此，不管是继承Thread类还是实现Runnable接口来实现多线程，最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的，熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。
- Runnable对象仅仅作为Thread对象的target，Runnable实现类里包含的run()方法仅作为线程执行体。
而实际的线程对象依然是Thread实例，只是该Thread线程负责执行其target的run()方法。

2.5 Runnable和Thread的关系

? 创建线程方式2好像比创建线程方式1操作要麻烦一些，为何要多此一举呢？

? 因为如果一个类继承Thread，则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话，则很容易的实现资源共享。

总结：实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：
- 适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
- 可以避免java中的单继承的局限性。
- 增加程序的健壮性，实现解耦操作，代码可以被多个线程共享，代码和线程独立。
- 线程池只能放入实现Runable或Callable类线程，不能直接放入继承Thread的类。
扩展：

在java中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程，一个是垃圾收集线程。因为每当使用

java命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个JVM，每一个JVM其实在就是在操作系统中启动了一个进程。

2.6 匿名内部类实现线程的创建

使用线程的内匿名内部类方式，可以方便的实现每个线程执行不同的线程任务操作。

简而言之，使用匿名内部类可以简化代码。

格式：new 类名/接口名(){ //重写父类/接口中的方法 }

代码

    // 匿名内部类创建线程方式1
    new Thread(){
      @Override
      public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
      }
    }.start();
    // 匿名内部类创建线程方式2
    new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
      }
    }).start();

3. 线程安全问题

3.1 线程安全概述

? 多个线程执行同一个任务并操作同一个数据时，就会造成数据的安全问题。我们通过以下案例来看线程安全问题。

案例需求：

? 电影院要卖票，我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “皮卡丘大战葫芦娃”，本次电影的座位共100个 (本场电影只能卖100张票)。

? 我们来模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “葫芦娃大战奥特曼”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票) 需要窗口，采用线程对象来模拟；需要票，Runnable接口子类来模拟。

案例代码实现：

//【操作票的任务代码类】
public class RunnableImpl implements Runnable {
  // 线程任务要操作的数据
  private int ticket = 100;
  @Override
  public void run() {
    while (true){
        if(ticket>0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖第" + ticket+"张票");
              ticket--;
        }
    }
  }
}
//【测试类】
public class Main01 {
  public static void main(String[] args) {
    // 创建线程任务
    RunnableImpl ra = new RunnableImpl();
    // 创建第一个线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
    // 创建第二线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
    // 创建第三个线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();

  }
}

执行结果及问题
原因
- 抢夺cpu执行权和线程执行时间是不确定的，比如线程0抢到了cpu执行权并执行到了打印代码处，此时cpu又被线程1抢夺，其他线程处于等待线程1页执行到了打印代码处，没等ticket--，两个线程都打印了售票信息。
总结：这种问题，几个窗口(线程)票数不同步了，这种问题称为线程不安全。

线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。

3.2 线程安全解决方案

? 上述我们知道，线程安全问题是因为线程在操作数据时不同步造成的，所以只要能够实现操作数据同步，就可以解决线程安全问题。

? 同步指的就是，当一个线程执行指定同步的代码任务时，其他线程必须等该线程操作完毕后再执行。

? 根据案例描述：窗口1线程进入操作的时候，窗口2和窗口3线程只能在外等着，窗口1操作结束，窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码去执行。也就是说在某个线程修改共享资源的时候，其他线程不能修改该资源，等待修改完毕同步之后，才能去抢夺CPU 资源，完成对应的操作，保证了数据的同步性，解决了线程不安全的现象。

? 为了保证每个线程都能正常执行原子操作,Java引入了线程同步机制（synchronize）。

? 那么怎么去使用呢？有三种方式完成同步操作：

同步代码块
同步方法
同步锁

3.3 同步代码块

同步代码块：synchronized关键字可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。
格式：synchronized(同步锁){ 需要同步操作的代码 }
- 同步锁：对象的同步锁只是一个概念,可以想象为在对象上标记了一个锁。
- 锁对象可以是任意类型。
- 多个线程对象要使用同一把锁。
- 注意：在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其他的线程只能在外等着。

代码：

//【测试类】
public class Main01 {
  public static void main(String[] args) {
    // 创建线程任务
    RunnableImpl ra = new RunnableImpl();
    // 创建第一个线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
    // 创建第二线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
    // 创建第三个线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();

  }
}
//【线程任务类】
public class RunnableImpl implements Runnable {
  // 线程任务要操作的数据
  private int ticket = 100;
  // 定义线程锁对象（任意对象）
  Object obj = new Object();
  @Override
  public void run() {
    while (true){
      synchronized (obj){
        if(ticket>0){
          try {
            Thread.sleep(10);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"在售卖第" + ticket + "张票");
            ticket--;
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }

        }
      }

    }
  }
}

3.4 同步方法

同步方法：使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着
格式：public synchronized void method(){ // 可能会产生线程安全问题的代码 }
- 同步锁是谁？
  - 对于非static方法,同步锁就是this
  - 对于static方法,我们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)。

代码：

//【测试类】
public class Main01 {
  public static void main(String[] args) {
    // 创建线程任务
    RunnableImpl ra = new RunnableImpl();
    // 创建第一个线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
    // 创建第二线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
    // 创建第三个线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
  }
}
//【线程任务类】
public class RunnableImpl implements Runnable {
  // 线程任务要操作的数据
  private int ticket = 100;
  @Override
  public void run() {
    while (true) {
      func();
    }

  }
  public synchronized void func() {
    if (ticket > 0) {
      try {
        Thread.sleep(10);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在售卖第" + ticket + "张票");
      ticket--;
    }
  }
}

3.5 同步锁

Lock：java.util.concurrent.locks.Lock 机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作, 同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。
方法：Lock锁也称同步锁，加锁与释放锁方法化了
- public void lock() :加同步锁。
- public void unlock() :释放同步锁。

代码：

//【测试类】
public class Main01 {
  public static void main(String[] args) {
    // 创建线程任务
    RunnableImpl ra = new RunnableImpl();
    // 创建第一个线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
    // 创建第二线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
    // 创建第三个线程执行线程任务
    new Thread(ra).start();
  }
}
//【线程任务类】
public class RunnableImpl implements Runnable {
  // 线程任务要操作的数据
  private int ticket = 100;
  // 创建锁对象
  Lock lock = new ReentrantLock();
  @Override
  public void run() {
    while (true) {
      // 开启同步锁
      lock.lock();
      if (ticket > 0) {
        try {
          Thread.sleep(10);
          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在售卖第" + ticket + "张票");
          ticket--;
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }finally {
          // 释放同步锁
          lock.unlock();
        }

      }
    }

  }
}

4. 线程状态

技术图片

4.1 线程状态介绍

? 当线程被创建并启动以后，它既不是一启动就进入了执行状态，也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中，有几种状态呢？在API中 java.lang.Thread.State 这个枚举中给出了六种线程状态：

技术图片

? 我们不需要去研究这几种状态的实现原理，我们只需知道在做线程操作中存在这样的状态。那我们怎么去理解这几个状态呢，新建与被终止还是很容易理解的，我们就研究一下线程从Runnable（可运行）状态与非运行状态之间的转换问题。

4.2 TimedWaiting计时等待

? Timed Waiting在API中的描述为：一个正在限时等待另一个线程执行一个（唤醒）动作的线程处于这一状态。

? 单独的去理解这句话，真是玄之又玄，其实我们在之前的操作中已经接触过这个状态了，在哪里呢？在我们写卖票的案例中，为了减少线程执行太快，现象不明显等问题，我们在run方法中添加了sleep语句，这样就强制当前正在执行的线程休眠（暂停执行），以“减慢线程”。

? 其实当我们调用了sleep方法之后，当前执行的线程就进入到“休眠状态”，其实就是所谓的Timed Waiting(计时等待)，那么我们通过一个案例加深对该状态的一个理解。

案例：实现一个计数器，计数到100，在每个数字之间暂停1秒，每隔10个数字输出一个字符串。

代码：

public class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if ((i) % 10 == 0) {
                System.out.println("‐‐‐‐‐‐‐" + i);
            }
            System.out.print(i);
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.print(" 线程睡眠1秒！
");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        new MyThread().start();
    }
}

总结：通过案例可以发现，sleep方法的使用还是很简单的。我们需要记住下面几点：
1. 进入 TIMED_WAITING 状态的一种常见情形是调用的 sleep 方法，单独的线程也可以调用，不一定非要有协作关系。
2. 为了让其他线程有机会执行，可以将Thread.sleep()的调用放线程run()之内。这样才能保证该线程执行过程中会睡眠。
3. sleep与锁无关，线程睡眠到期自动苏醒，并返回到Runnable（可运行）状态。
注意：sleep()中指定的时间是线程不会运行的最短时间。因此，sleep()方法不能保证该线程睡眠到期后就开始立刻执行。
图解：

4.3 Blocked锁阻塞

? Blocked状态在API中的介绍为：一个正在阻塞等待一个监视器锁（锁对象）的线程处于这一状态。

? 我们已经学完同步机制，那么这个状态是非常好理解的了。比如，线程A与线程B代码中使用同一锁，如果线程A获取到锁，线程A进入到Runnable状态，那么线程B就进入到Blocked锁阻塞状态。

? 这是由Runnable状态进入Blocked状态。除此Waiting以及Time Waiting状态也会在某种情况下进入阻塞状态。

技术图片

4.4 Waiting 无限等待

? Wating状态在API中介绍为：一个正在无限期等待另一个线程执行一个特别的（唤醒）动作的线程处于这一状态。

? 我们通过一段代码来学习一下：

代码：

  // 锁对象
  public static Object obj = new Object();

  public static void main(String[] args) {
    // 消费者线程
    new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        while (true) {
          synchronized (obj) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-顾客1：老板包子好了吗？");
            try {
              // 等待
              obj.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
              e.printStackTrace();
            }
            // 唤醒之后要执行的代码
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "顾客1：可以吃包子了。");
            System.out.println("--------------------------------------");
          }
        }
      }
    }).start();
    // 生产者线程
    new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        while (true) {
          try {
            Thread.sleep(3000);
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
          synchronized (obj) {
            System.out.println("等待3秒后...");
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "老板说：包子好了！");
            // 唤醒
            obj.notify();
          }
        }
      }
    }).start();
  }

分析：

? 通过上述案例我们会发现，一个调用了某个对象的 Object.wait 方法的线程会等待另一个线程调用此对象的 Object.notify()方法或 Object.notifyAll()方法。

? 其实waiting状态并不是一个线程的操作，它体现的是多个线程间的通信，可以理解为多个线程之间的协作关系，多个线程会争取锁，同时相互之间又存在协作关系。就好比在公司里你和你的同事们，你们可能存在晋升时的竞争，但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。

? 当多个线程协作时，比如A，B线程，如果A线程在Runnable（可运行）状态中调用了wait()方法那么A线程就进入了Waiting（无限等待）状态，同时失去了同步锁。假如这个时候B线程获取到了同步锁，在运行状态中调用了 notify()方法，那么就会将无限等待的A线程唤醒。注意是唤醒，如果获取到锁对象，那么A线程唤醒后就进入 Runnable（可运行）状态；如果没有获取锁对象，那么就进入到Blocked（锁阻塞状态）。
图解：

5. 等待唤醒机制

5.1 线程间的通信

概念：多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同。

? 比如：线程A用来生成包子的，线程B用来吃包子的，包子可以理解为同一资源，线程A与线程B处理的动作，一个是生产，一个是消费，那么线程A与线程B
为什么要处理线程间的通信

? 多个线程并发执行时, 在默认情况下CPU是随机切换线程的，当我们需要多个线程来共同完成一件任务，并且我们希望他们有规律的执行, 那么多线程之间需要一些协调通信，以此来帮我们达到多线程共同操作一份数据。
如何保证线程间通信有效利用资源

? 多个线程在处理同一个资源，并且任务不同时，需要线程通信来帮助解决线程之间对同一个变量的使用或操作。就是多个线程在操作同一份数据时，避免对同一共享变量的争夺。也就是我们需要通过一定的手段使各个线程能有效的利用资源。而这种手段即—— 等待唤醒机制。

5.2 什么是等待唤醒机制

? 这是多个线程间的一种协作机制。谈到线程我们经常想到的是线程间的竞争（race），比如去争夺锁，但这并不是故事的全部，线程间也会有协作机制。就好比在公司里你和你的同事们，你们可能存在在晋升时的竞争，但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。

? 就是在一个线程进行了规定操作后，就进入等待状态（wait()），等待其他线程执行完他们的指定代码过后再将其唤醒（notify()）;在有多个线程进行等待时，如果需要，可以使用 notifyAll()来唤醒所有的等待线程。

? wait/notify 就是线程间的一种协作机制。

5.3 等待唤醒中的方法

等待唤醒机制就是用于解决线程间通信的问题的，使用到的3个方法的含义如下：

wait

? 线程不再活动，不再参与调度，进入 wait set 中，因此不会浪费 CPU 资源，也不会去竞争锁了，这时的线程状态即是 WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作，也即是“通知（notify）”在这个对象上等待的线程从wait set 中释放出来，重新进入到调度队列（ready queue）中。
notify

则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放；例如，餐馆有空位置后，等候就餐最久的顾客最先

入座。
notifyAll

则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。

注意事项
1. 注意1：
  
  ? 哪怕只通知了一个等待的线程，被通知线程也不能立即恢复执行，因为它当初中断的地方是在同步块内，而此刻它已经不持有锁，所以她需要再次尝试去获取锁（很可能面临其它线程的竞争），成功后才能在当初调用 wait 方法之后的地方恢复执行。
  
  总结如下：
  
  如果能获取锁，线程就从 WAITING 状态变成 RUNNABLE 状态；
  
  否则，从 wait set 出来，又进入 entry set，线程就从 WAITING 状态又变成 BLOCKED 状态
2. 注意2：
  1. wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。因为：对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对象调用的wait方法后的线程。
  2. wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。因为：锁对象可以是任意对象，而任意对象的所属类都是继承了Object类的。
  3. wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用。因为：必须要通过锁对象调用这2个方法。

5.4 代码演示

等待唤醒机制其实就是经典的“生产者与消费者”的问题。

就拿生产包子消费包子来说等待唤醒机制如何有效利用资源。

包子铺线程生产包子，吃货线程消费包子。当包子没有时（包子状态为false），吃货线程等待，包子铺线程生产包子（即包子状态为true），并通知吃货线程（解除吃货的等待状态）,因为已经有包子了，那么包子铺线程进入等待状态。接下来，吃货线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。如果吃货获取到锁，那么就执行吃包子动作，包子吃完（包子状态为false），并通知包子铺线程（解除包子铺的等待状态）,吃货线程进入等待。包子铺线程能否进一步执行则取决于锁的获取情况。

包子类代码

public class BaoZi {
   // 包子皮
   String pi;
   // 包子馅
   String xian;
   // 包子的状态 true有包子，false没有包子，默认是false
   boolean flag = false;
}

生产者代码

public class BaoZiPu extends Thread {
  // 包子
  BaoZi bz;
  public BaoZiPu(BaoZi bz){
    this.bz = bz;
  }
  // 线程任务
  @Override
  public void run() {
    int i = 0; // 用来交替生产不同的包子
    while (true){
      synchronized (bz){
        // 判断是否有包子
        if(bz.flag){
          // 有包子，则进入wait状态
          try {
            bz.wait();
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
        }
        // 没有有包子，则等待3秒钟
        try {
          Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
        // 生产包子
        if(i%2==0){
          bz.pi="蔬菜面皮";
          bz.xian="三鲜";
        }else if(i%2==1) {
          bz.pi = "米面皮";
          bz.xian = "牛肉";
        }
        bz.flag = true;
        i++;
        System.out.println("包子铺线程" + Thread.currentThread().getName() + "：生产好了" + bz.pi+bz.xian + "包子" );
        // 唤醒相同锁的其他线程
        bz.notify();
      }
    }
  }
}

消费者代码

public class ChiHuo extends  Thread{
  // 包子
  BaoZi bz;
  public ChiHuo(BaoZi bz) {
    this.bz = bz;
  }
  // 线程任务
  @Override
  public void run() {
    while (true){
      synchronized (bz){
        if(!bz.flag){
          // 没有包子，则等待
          try {
            bz.wait();
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }

        }
        // 有包子，则吃包子
        System.out.println("吃货线程" + Thread.currentThread().getName() + "：正在吃" + bz.pi + bz.xian + "包子");
        try {
          Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
        // 三秒钟后，吃完包子，并唤醒其他同步锁线程
        System.out.println("吃货线程" + Thread.currentThread().getName() +"吃完了包子");
        bz.flag = false; // 没有包子了
        System.out.println("-----------------------------------------------------");
        bz.notify();
      }
    }
  }
}

测试代码

public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    // 创建包子对象
    BaoZi bz = new BaoZi();
    // 创建生产者
    new BaoZiPu(bz).start();
    // 创建消费者
    new ChiHuo(bz).start();
  }
}

6. 线程池

6.1 线程池思想介绍

? 我们使用线程的时候就去创建一个线程，这样实现起来非常简便，但是就会有一个问题：

? 如果并发的线程数量很多，并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了，这样频繁创建线程就会大大降低系统的效率，因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。

? 那么有没有一种办法使得线程可以复用，就是执行完一个任务，并不被销毁，而是可以继续执行其他的任务？

? 在Java中可以通过线程池来达到这样的效果。

6.2 什么是线程池

? 其实就是一个容纳多个线程的容器，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作，无需反复创建线程而消耗过多资源。

技术图片

合理使用线程池的好处：
1. 降低资源消耗。减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。
2. 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
3. 提高线程的可管理性。可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。

6.3 使用线程

? Java里面线程池的顶级接口是 java.util.concurrent.Executor ，但是严格意义上讲 Executor 并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是 java.util.concurrent.ExecutorService 。

? 要配置一个线程池是比较复杂的，尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下，很有可能配置的线程池不是较优的，因此在 java.util.concurrent.Executors 线程工厂类里面提供了一些静态工厂，生成一些常用的线程池。官方建议使用Executors工程类来创建线程池对象。

Executors类中有个创建线程池的方法如下：
- public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) ：返回线程池对象。(创建的是有界线程池,也就是池中的线程个数可以指定最大数量)
获取到了一个线程池ExecutorService 对象，那么怎么使用呢，在这里定义了一个使用线程池对象的方法如下：
- public Future<?> submit(Runnable task) :获取线程池中的某一个线程对象，并执行
- Future接口：用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。线程池创建与使用。
使用线程池中线程对象的步骤：
1. 创建线程池对象。
2. 创建Runnable接口子类对象。(task)
3. 提交Runnable接口子类对象。(take task)
4. 关闭线程池(一般不做)。

代码

public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    // 线程任务对象1
    Runnable task = new Runnable(){
      @Override
      public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：执行了任务1");
      }
    };
    // 线程任务对象2
    Runnable task2 = new Runnable(){
      @Override
      public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：执行了任务2");
      }
    };
    // 创建线程池
    ExecutorService pool =  Executors.newFixedThreadPool(2);
    // 提交任务
    pool.submit(task);
    pool.submit(task2);
    pool.submit(task);
    pool.submit(task2);
    pool.submit(task);
    pool.submit(task2);
    // 关闭线程池,不建议关闭
    // pool.shutdown();
  }
}

以上是关于Java基础-多线程篇的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

JAVA SE基础篇54.多线程介绍和创建

Java---JUC并发篇（多线程详细版）

java多线程系类：基础篇：04synchronized关键字

Java多线程系列---“基础篇”04之 synchronized关键字

Java多线程系列--“基础篇”01之基本概念