多线程相关

1. 进程与线程

进程是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位，因此进程是动态的。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。

线程是比进程更小的执行单位，一个进程在其执行的过程中可以产生多个线程。线程共享进程的堆和方法区的资源，同时线程还有私有的程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈资源。

2. 并行与并发

并行：单位时间内，多个任务同时执行。

并发：同一时间段，多个任务都在执行（单位时间内不一定同时执行）。

3. 线程的生命周期（状态）

4. 线程的创建方式

4.1 继承Thread类

通过继承Thread类并重写run() 方法可以创建线程，调用start()方法来启动线程。

public class ThreadDemo01 {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread01 t = new MyThread01();
        t.start(); // 线程名称：Thread-0
    }
}

/**
 * 继承Thread类
 */
class MyThread01 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

由于Java中类的单继承特性，当一个类继承Thread类后就不能继承其它的类了。

4.2 实现Runnable接口

通过实现Runnable接口并重写run() 方法可以创建一个线程，同时可以继承其它的类。

public class ThreadDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new MyThread02()).start(); // 线程名称：Thread-0
    }
}

/**
 * 实现Runnable接口
 */
class MyThread02 extends Object implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

采用这种方式创建线程时可以利用JDK1.8的新特性lambda表达式，无需实现Runnable接口的实现类，简化代码。

public class ThreadDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> System.out.println(Thread.currentThread().getName())).start();
    }
}

4.3 实现Callable接口

有返回值的任务必须实现Callable接口并重新call() 方法，返回值封装在future中，通过get()方法获取返回的Object，再结合线程池接口ExecutorService实现有返回值得线程运行。

import java.util.concurrent.*;

public class ThreadDemo03 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建单个线程的线程池
        ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
        // 提交任务到线程池并获取执行结果
        Future<Integer> future = es.submit(new MyThread03());
        // 关闭线程池
        es.shutdown();
        try {
            if (future.get() != null) {
                System.out.println("Callable子线程计算结果：" + future.get());
            } else {
                System.out.println("Callable子线程未获取到结果");
            }
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

/**
 * 实现Callable接口
 */
class MyThread03 implements Callable<Integer> {
    private int sum;
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println("Callable子线程开始计算...");
        Thread.sleep(1000);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            sum += i;
        }
        System.out.println("Callable子线程计算结束...");
        return sum;
    }
}

运行结果：

5. 线程终止的方式

• 正常运行结束：程序运行结束，线程自动结束；

• 使用退出标志退出线程：设置一个boolean类型的标志，通过设置标志的值终止线程;

  public class ThreadTerminatedDemo01 extends Thread{
      public volatile boolean exit = false;
  
      @Override
      public void run() {
          while (!exit) {
              System.out.println(Thread.currentThread().getName());
          }
      }
  }
  

• interrupt() 方法中断线程

  • 线程出与阻塞状态：调用interrupt()方法时会抛出InterruptedException异常。阻塞中哪个方法抛出这个异常，通过代码捕获该异常，然后break跳出循环状态，使得有机会结束这个线程的执行。
  • 线程处于为阻塞状态：使用isInterrupt() 判断线程的中断标志位退出循环。当使用interrupt() 方法时，中断标志就会设置为true，和使用自定义的标志控制循环是相同的原理。

  public class ThreadTerminatedDemo02 extends Thread{
      @Override
      public void run() {
          // 非阻塞状态下通过判断中断标志来退出
          while (!isInterrupted()) {
              try {
                  // 阻塞状态下捕获中断异常来退出
                  Thread.sleep(2000);
              } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
                  // 捕获到异常后执行break跳出循环
                  break;
              }
          }
      }
  }
  

• stop() 方法终止线程（线程不安全）

  程序中直接使用Thread.stop()方法可以强行终止线程，但会有线程不安全问题。当调用Thread.stop()方法后，线程抛出ThreadDeathError异常，并且会释放其持有的所有锁，从而可能导致数据出现不一致的情况。

6. 死锁与死锁避免

6.1 死锁

线程之间由于相互竞争资源或调度不当而同时被阻塞，它们中的一个或全部都在等待某个资源被释放。

public class ThreadDeadLockDemo {
    private static Object r1 = new Object();
    private static Object r2 = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        // Thread01
        new Thread(() -> {
            synchronized (r1) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has got r1.");
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is waiting for r2.");
                synchronized (r2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has got r2.");
                }
            }
        }, "Thread01").start();

        // Thread02
        new Thread(() -> {
            synchronized (r2) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has got r2.");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is waiting for r1.");
                synchronized (r1) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has got r1.");
                }
            }
        }, "Thread02").start();
    }
}

执行结果：

6.2 死锁产生的四个必要条件

互斥：该资源任意一个时刻智能由一个线程占用；

请求保持：一个进程因请求资源而阻塞时不会释放已经获得的资源；

不可剥夺：一个线程已经获得的资源不能被其它线程强行剥夺，只有等使用结束才会被释放；

循环等待：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

6.3 死锁避免

破坏产生死锁的四个必要条件中的一个。

破坏互斥条件：无法破坏。

破坏请求保持条件：线程一次性申请所有的资源。

破坏不可剥夺条件：占用部分资源的线程进一步申请资源时，如果申请不到可以主动释放已占有的资源。

破坏循环等待条件：靠按序申请预防。按某一顺序申请资源，释放资源则反序释放，破坏循环等待条件。

public class BreakDeadLockDemo {
    private static Object r1 = new Object();
    private static Object r2 = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        // Thread01
        new Thread(() -> {
            synchronized (r1) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has got r1.");
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is waiting for r2.");
                synchronized (r2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has got r2.");
                }
            }
        }, "Thread01").start();

        // Thread02
        new Thread(() -> {
            synchronized (r1) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has got r1.");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is waiting for r1.");
                synchronized (r2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has got r2.");
                }
            }
        }, "Thread02").start();
    }
}

对Thread02线程进行修改后，破坏循环等待条件，从而避免死锁。执行结果如下：

7. 比较sleep()和wait()方法

• 最大区别：sleep()不会释放锁，wait()方法会释放锁；
• 两者都可以暂停线程的执行；
• sleep()通常被用于暂停执行，wait()通常用于线程间通信/交互；
• wait()方法调用后，线程不会自动唤醒，需要其他线程调用notify()/notifyAll()方法。sleep(long timeout)方法或者wait(long timeout)可以指定线程休眠的时间，超时后线程会自动唤醒。

8. 比较run()和start()方法

创建一个线程时需要重写run()方法，调用start()方法后会启动该线程。调用start()方法会执行线程的相应准备工作然后自动执行run()方法的内容，这是真正的多线程工作。执行run()方法会把run()方法当成main线程下的普通方法去执行，并不会再某个线程中执行，不是多线程的工作。

调用start()方法可以启动线程并使该线程进入就绪状态，而执行run()方法只是线程中的一个普通方法调用，仍在main线程里执行。