Java多线程（多线程基本操作，多线程安全问题等）
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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多线程（多线程基本操作，多线程安全问题等）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
Java多线程
一、创建线程四种方式
1）继承Thread
利用多态机制，继承于Thread机制
1）创建一个子类，继承于Thread
2）重写run 方法
3）创建子类实例
4）调用start 方法
public class Demo {
//创建多线程
public static void main(String[] args) {
MyThread2 myThread2=new MyThread2();
myThread2.start();
}
}
class MyThread2 extends Thread{
@Override
public void run() {
//这里写线程要执行的代码
}
}
2）调用Runnable
通过实现Runnable 接口，把Runnable 接口的实例赋值给Thread
1）定义Runnable接口的实现类
2）创建Runnable实现类的实例，并用这个实例作为Thread的target来创建Thread对象，这个Thread对象才是真正的线程对象
3）调用start () 方法
public class Demo {
//创建多线程
public static void main(String[] args) {
//通过Runnable 接口来创建
Runnable myTask=new MyTask();
Thread t=new Thread();
t.start();
}
}
class MyTask implements Runnable{
@Override
public void run() {
//重写run()方法
}
}
Runnable 本质上还是要搭配Thread来使用，只不过和直接继承Thread相比，换了一种指定任务的方式而已
这两种方式中Runnable 方式更好一点，能够让线程本身，和线程要执行的任务，更加“解耦合”
3）匿名内部类
通过匿名内部类相当于继承了Thread，作为子类重写run（）实现
public class Demo {
//创建多线程
public static void main(String[] args) {
//通过匿名内部类来实现
Thread t=new Thread(){
@Override
public void run() {
//重写run方法
}
};
t.start();
}
}
通过Runnable 匿名内部类来实现
public class Demo {
//创建多线程
public static void main(String[] args) {
//通过匿名内部类来实现
Thread t=new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//重写run方法
}
});
t.start();
}
}
4）使用lambda表达式来创建
public class Demo {
//创建多线程
public static void main(String[] args) {
Thread t=new Thread(()->{
//编写线程代码
}
);
t.start();
}
}
()->{ }这个就是lambda表达式
二、了解Thread 类
2.1Thread的常见的构造方法
| Thread() | 创建线程对象 |
|---|---|
| Thread(Runnable target) | 使用Runnable对象创建线程对象 |
| Thread(String name) | 创建线程对象并命名 |
| Thread(Runnable target,String name) | 使用Runnable对象来创建线程，并命名 |
2.2Thread的几个常见的属性
| ID | .getId() |
|---|---|
| 名称 | .getName() |
| 优先级 | .getPriority() |
| 状态 | .getState() |
| 是否后台线程 | .isDaemon() |
| 是否存活 | .isAlive() |
| 是否被中断 | .isInterrupted |
| 获取当前线程的实例 | currentThread() |
优先级和线程调度有关，由操作系统来完成。
后台线程，不影响整个进程的结束
前台线程，会影响到整个进程的结束
是否存活就是run（）方法是否运行结束了
三、启动一个线程
start
start 是Thread类的一个关键方法
功能：让操作系统内核真正创建一个线程来执行
start 和run 的区别
start 是创建线程（有新的执行流）
调用run只是一个普通的方法调用，不涉及创建新线程（仍然在原来的线程中，没有涉及到新的执行流）
调用strat 方法
public class Demo {
//start 和 run 的区别
public static void main(String[] args) {
MyThread2 myThread2=new MyThread2();
myThread2.start();
while(true){
System.out.println("hehe");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class MyThread2 extends Thread{
@Override
public void run() {
while(true){
System.out.println("haha");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
可以看到两个线程并发执行，
而如果是调用run（）方法，就是普通的调用，没有创建新线程，一直在循环里出不来
四、中断一个线程
4.1 让线程的入口方法执行完毕
线程执行完毕，运行5S 线程执行完毕
public class Demo {
//中断一个线程
static boolean isRunning=true;
public static void main(String[] args) {
Thread t1=new Thread(){
@Override
public void run() {
while(isRunning){
System.out.println("hello");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
};
t1.start();
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
isRunning=false;
System.out.println("线程运行5S结束");
}
}
4.2 使用Thread类提供的interrupt方法
针对上面的方式进行修改
1，把上面的while()中判断条件进行修改
2，把catch里面的代码，加一个break
调用 interrupt()是通知线程结束，具体还是看内部代码的实现
public class Demo {
//使用Thread 方法来中断线程
public static void main(String[] args) {
Thread t1=new Thread(){
@Override
public void run() {
while(!Thread.currentThread().isInterrupted()){
System.out.println("hello");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
break;
}
}
}
};
t1.start();
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("线程结束");
t1.interrupt();
}
}
五、等待线程
我们在创建多个线程之后，每个线程都是一个独立的执行流~
这些线程每个线程的执行顺序都是不确定的，完全取决于操作系统的调度，这里的等待线程机制就是一种确定线程先后顺序方式，确定线程的结束顺序，无法确定谁先开始，可以确定谁先结束 使用join()
join 起到的效果就是等待某个线程结束，谁调用join就等待谁结束
通过代码来解释：
public class Demo {
//使用Thread 方法来中断线程
public static void main(String[] args) {
Thread t1=new Thread(){
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<5;i++){
System.out.println("hello");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
};
t1.start();
try {
t1.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
这里在main 方法中调用了join，相当于在主线程中，等待t1线程结束
main方法在执行的时候，遇到join就会堵塞等待，一直等t1线程执行完毕，这个时候join才会继续往下执行
也就是说谁调用join 谁先结束
六、线程休眠
当执行sleep时就是让线程休眠，所谓的休眠就是把线程的task struct放入等待队列
CPU在执行的时候是挑等待队列中的线程来执行的，而sleep的线程在等待队列不在就绪队列，所以不会被执行
也可以在sleep中加上时间，等时间过去后，等待队列的线程才有机会到就绪队列，至于什么时候到就绪队列还是要看调度器执行
等待队列可能有好多了，具体谁先出队列，先回到就绪队列和设定的时间相关，如果时间一样就看系统的调度
七、线程的状态
在我们调试多线程程序有帮助
| NEW | Thread 对象刚创建，还没有在系统中创建线程，相当于任务交给了线程，但是线程还没有开始执行 |
|---|---|
| Runnable | 线程是一个准备就绪的状态，随时可能调度到CPU上执行，或者正在CPU上执行（线程的task struct在就绪队列中） |
| Blocked | 线程堵塞（线程在等待队列里）没有竞争到锁 |
| Waiting | 线程堵塞（线程在等待队列里）调用waiting 方法 |
| Timed_Waiting | 线程堵塞（线程在等待队列里）调用sleep方法 |
| Terminated | 线程结束了（Thread对象还没销毁） |
八、线程安全（重要）！！！
多线程虽然是更轻量的并发编程（相比于进程），但是线程是访问同一份内存资源，由于线程是一个抢占式执行的过程中谁先执行，谁后执行，不确定，完全却决于系统的调度。由于这里不确定性太多就可能导致多个线程访问同一个资源的时候，出现BUG所以引出了线程安全问题。 访问分为读和写操作，读操作不会涉及到线程安全问题，只有写操作涉及线程安全工作
多线程修改同一变量
public class Demo {
//线程安全问题
static class Counter{
//创建一个自增类，通过线程调度来展示线程安全问题
public int count=0;
public void increase(){
count++;
}
}
public static void main(String[] args) {
//通过两个线程同时对count进行自增
Counter counter=new Counter();
Thread t1=new Thread(){
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<50000;i++){
counter.increase();
}
}
};
Thread t2=new Thread(){
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<50000;i++){
counter.increase();
}
}
};
t1.start();
t2.start();
try {
t1.join();
t2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(counter.count);
}
}
此处代码就是t1,t2 两个线程修改同一变量，存在线程安全问题，正常情况下count值应该是100000，但是运行下来，count值是在50000~100000之间，每次都在变化，这是为什么呢？ 这里就是触发了线程安全的问题
这里我们先看count ++ 具体做了什么事情，这里我们就要引入JMM了
JMM（JVM 实现方式的抽象，Java 程序和内存之间是如何交互的）
1）先把内存数据读取到CPU的寄存器中
2）针对寄存器中的内容，通过类似于ADD这样的指令进行+1，操作的结果仍然是放在寄存器中里
3）把寄存器中的数据，写回到内存中
由于多线程之间是抢占式执行的，可能第一个线程执行自增一半时，就可能被调度出CPU，由第二个线程再次自增
LOAD就是从内存中读取数据到寄存器 ADD就是进行自增效果 SAVE就是将寄存器中数据写回内存中
如果出现第一个线程读取到数据为0时，在进行自增操作时，线程二也进行读取数据，两个线程都读到的是0，相当于两次自增操作只增加了一次，只要是线程二的读取不是在线程一SAVE操作后，就会发生自增异常的情况！所以两个线程分别自增50000次，数据最后的数值是在50000~100000之间的。这就是抢占式执行同一个资源所带来的异常！
如果这里是两个CPU也是同样的情况，这样的不确定性，不符合预期的要求，就认为是BUG，因为我们执行代码就是追求的是确定性
8.1导致线程不安全的原因：
由于多线程是抢占式执行，可能会出现第一个线程自增执行到一半就被调度出去，就会执行第二个线程。
1）线程的抢占式执行过程（无法修改）操作系统内核实现的
2）多个线程修改同一变量
3）修改操作不是原子性 （原子性：不可拆分）如果三个操作（读取，自增，写回）打包成一个整体，这就能解决了线程不安全问题，保证操作原子性，是保证线程安全的主要手段
4）内存可见性
两个线程同时操作一个内存，比如一个读一个写，写操作的线程进行修改时，读线程读取到的可能是修改之前的结果，也可能是读取到修改之后的结果，也会带来线程安全问题
内存可见性也可能是编译器优化，假设执行一个循环自增，这样的操作就涉及到大量的读写操作，读写内存的操作比访问CPU寄存器要慢几千倍，所以JVM往往对指令进行优化，把它等价转换成另外一种情况 保证逻辑不变的情况下，读取一次内存，之后进行自增，自增结束后在写回内存，节省了很多的 读写内存的开销，但是这样会触发线程不安全。
解决可见性，方案就是直接禁止这样的编译器的优化，让程序跑慢点，关键是要对，不能在多线程情况下出错
5）指令重排序
和线程不安全直接相关，也是和编译器优化直接相关，为了让程序跑的更快，调整了执行顺序~（调整的前提逻辑不改变，但是效率提高），如果是多线程的情况下可能重排会改变逻辑，会导致线程不安全问题。
8.2解决线程安全问题方法
1）多线程不修改同一变量
synchronized
synchronized(关键字) 监视器锁 ，我们通过加锁来保证操作原子性，同时禁止指令重排序和保证内存可见性
用法：
1.修饰一个方法 （方法前加上，就是针对代码进行加锁工作，调用方法就加锁，出了代码块就解锁）
2.修饰一个代码块（包裹起来） 针对哪个对象加锁，括号内就填哪个对象
分析synchroized 工作过程
使用synchronized 就是 相当于增加于给操作增加了两个指令 LOCK UNLOCK
LOCK 操作的特性，只有一个线程能执行成功，直到另一个线程释放UNLOCK 另一个线程才能执行
就比如上面演示的自增操作，加锁就相当于把LOAD ADD SAVE 三个操作打包为一个操作，这样就解决了线程的原子性，并且synchronized也能禁止编译器的进行内存可见性和指令重排序，所以使用synchronized就解决了线程安全问题，但是synchronized也付出了代价，程序运行的效率大大降低了。
注意synchroized 括号内填什么
针对哪个对象加锁，就填哪个对象，每一个对象能都加锁，如果多个线程竞争同一锁对象（尝试对同一个对象加锁，此时就会出现一个竞争成功，其他等待的情况），如果两个线程竞争不同的锁，两个线程都能成功获取到锁。
如果synchronized修饰的就是方法，相当于加锁的对象是this
如果synchronized修饰静态方法，相当于加锁的对象是类对象
错误示范：1）加锁对象错误
此时由于我们加锁的不是同一个对象，第一个为t1,第二个是t2，这两个加锁操作就不会构成竞争，没有作用
2）嵌套加锁 ：
这里我们在给increase方法加了锁，还对counter加了一次锁，相当于连续加了两次锁，这会产生什么情况？
会产生死锁，因为
1）执行程序时，运行到循环时，因为对counter 对象就行了加锁，此时用LOCK将counter 对象锁起来
2）当程序运行到调用increase () 方法时，这个方法也有加锁，但是此时无法加锁，因为有锁在上面，所以increase ()方法就进入堵塞等待，等待上一个加锁操作进行释放~
3）但是上一个加锁释放是要执行完increase ()方法的，但是此时方法无法执行，这里就产生了死锁情况！
但是如果运行程序的话，可以运行成功，因为synchroized 内部对这种状况进行了解决，利用特殊的手段来处理这个场景“可重入锁”
synchroized 如何实现的可重入锁效果？
synchroized内部记录了当前这把锁时哪个线程持有的， 如果当前加锁线程和持有线程是同一线程，而不是真的进行加锁，而是把一个计数器++ ，如果后续该线程继续尝试获取锁，继续判定加锁线程和持有线程是不是同一线程，只要是同一线程，就不真正加锁，而是计数器++，如果该线程调用解锁操作，也不是立即解锁，而是计数器- - ，直到计数器减为0了，才认为真的要“释放锁了 ”，才允许其他线程来获取锁~
volatile
起到的效果也是辅助保证线程安全~~ 主要是用于读写同一个变量的时候
volatile能够禁止指令重排序，和内存可见性，但是不能保证原子性
我们来设计一个场景 线程一进行循环，线程二通过修改循环条件，来使得线程1循环结束
import java.util.Scanner;
public class Demo {
static class Counter{
public int flag=0;
}
public static void main(String[] args) {
Counter counter=new Counter();
Thread t1=new Thread(){
@Override
public void run() {
while(counter.flag==0){
//do nothing
}
System.out.println("线程一循环结束");
}
};
t1.start();
Thread t2=new Thread(){
@Override
public void run() {
Scanner scanner=new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入一个整数");
counter.flag=scanner.nextInt();
}
};
t2.start();
}
}
我们预想的效果是输入一个非0整数之后，循环停止，但是运行程序发现，循环并没有停止，这是因为内存可见性，如果没有优化，此时CPU就需要频繁的读取内存数据，但是这时进行了优化，编译器就把这个读操作优化成只从内存中读一次，后续都直接读寄存器中数值，即使内存中数值发生变化，也不会读取到，
这种场景情况下，使用synchroized也可以，但是没必要因为volatile 比synchroized更轻量化，解决方法就是在flag 前加上volatile，加上volatile之后线程一每次读取flag的值都必须从内存中读取了（效率降低了，但是代码逻辑准确了）
但是volatile只使用于一读一写的情况，如果多个线程都要执行写操作，那么volatile就没有作用了，就要使用synchroized了
九、对象等待集
功能: 协调多个线程之间执行的先后顺序
对象等待集的应用场景
由于多线程之间是一个”抢占式执行“，可能会导致某个线程一直占用，其他线程就会出现线程饿死的情况，等待集就是解决线程太频繁占用，
实现等待集： wait () ，notify() ，notifyAll ()
wait /notify 这一系列方法必须搭配，synchronized 来使用,如果不在synchronized 使用就会出现异常，因为当前预期是获取到锁的状态才能调用wait（）,没有synchronized相当于还没获取到锁，就尝试调用，于是就会出现异常
wait 内部做了三件事
1.释放锁
2. 等待其他线程的通知
3.等待通知之后，重新尝试获取锁
notify()
通知某个线程被唤醒，从wait中醒来，notify也是在synchroized中使用，调用notify()方法之后，代码不会立即释放锁，而是在执行完当前的synchroized之后才释放锁，同时等待中的线程就尝试重新竞争这个锁
演示wait 和 notify 用法
//演示wait 和 notify 用法
public class Demo {
//创建一个锁对象
static public Object Locker=new Object();
//用来等待的线程
static class WaitTask implements Runnable{以上是关于Java多线程（多线程基本操作，多线程安全问题等）的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章