十、 多线程

10.1 基本概念：程序、进程、线程

10.1.1 三者的概念

• 程序(program)：一段静态的文本代码。
• 进程(process)：当程序加载进内存运行起来后，就成了进程。是一个动态的过程：有其自身的生命周期。
• 线程(thread)：一个进程里面的一条或者几条执行路径。
  • 若一个进程同一时间并行执行多个代码，就是支持多线程的。
  • 但是由于线程共享JVM中的方法区和堆，多个线程操作共享的系统资源可能会有冲突，带来安全隐患。

10.1.2 线程在虚拟机中的分配

每个线程独享一份	每个线程共享的
虚拟机栈 (VM Stack)	堆 (Heap)
程序计数器 (Program Counter Register)	方法区 (Method Area)

10.1.3 并行与并发的概念

并行	并发
多个CPU同时执行多个任务。比如：多个人同时做不同的事。	一个CPU( 采用时间片)同时执行多个任务。比如：秒杀、多个人做同一件事。

10.1.4 何时需要多线程

• 程序需要同时执行两个或多个任务。
• 程序需要实现一些需要等待的任务时，如用户输入、文件读写操作、网络操作、搜索等。
• 需要 一些后台运行的程序时。

10.2 线程的创建和使用

10.2.1 创建方式一：继承Thread父类

($1$) 创建一个继承于Thread类的子类；

($2$) 重写Thread类中的run()方法；

($3$) 创建Thread类的子类的对象；

($4$) 通过对象调用start()方法开始执行此多线程任务。

• 其中，start() 方法的作用有：启动当前线程和调用当前线程的run() 方法。

例：

public class CreateThreadTest extends Thread{

    @Override
    public void run() {
        for (int i=0;i<20;i++){
            if (i%2==0){
                System.out.println(i);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        CreateThreadTest thread1 = new CreateThreadTest();
        thread1.start();

        //以下是主线程输出奇数
        for (int i=0;i<20;i++){
            if (i%2!=0){
                System.out.println(i+"*******main********");
            }
        }
    }
}

输出：

1*******main********
3*******main********
5*******main********
7*******main********
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
9*******main********
11*******main********
13*******main********
15*******main********
17*******main********
19*******main********

从结果可以看到：

• thread1 线程中的输出偶数的线程和main() 函数主线程中的输出奇数的线程，是同时进行的。
• 两个线程的输出由于是同时进行的，因此输出结果会互相穿插。

10.2.2 创建线程的注意点

• 不能通过调用 thread1.run(); 的方式来启动该线程。否则仍然是在主线程 (main) 中按顺序执行罢了。并没有开辟新的线程去执行。

• 想要再启动一个线程，不能再写一次 thread1.start(); 。否则在main 线程中出现 $2$ 次 thread1.start(); 会报illegalThreadStateException 异常。正确的方法是：再new一个线程对象。

  CreateThreadTest thread1 = new CreateThreadTest();
  thread1.start();
  
  //正确的再次启动线程方法
  CreateThreadTest thread2 = new CreateThreadTest();
  thread2.start();
  

10.2.3 创建线程的练习

题目：

练习：创建两个分线程，其中一个线程遍历100以内的偶数，另一个线程遍历100以内的奇数。

我的首次答案：

public class ThreadExer1 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread1 t1 = new Thread1();
        t1.start();
        Thread2 t2 = new Thread2();
        t2.start();
    }
}

/**
 * @Author: Sihang Xie
 * @Description: 线程1-遍历100以内的偶数
 * @Date: 2022/3/14 10:16
 */
class Thread1 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

/**
 * @Author: Sihang Xie
 * @Description: 线程2-遍历100以内的奇数
 * @Date: 2022/3/14 10:20
 */
class Thread2 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i % 2 != 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

输出结果：

Thread-0:0
Thread-0:2
Thread-0:4
Thread-0:6
Thread-0:8
Thread-0:10
Thread-0:12
Thread-0:14
Thread-0:16
Thread-0:18
Thread-0:20
Thread-0:22
Thread-0:24
Thread-0:26
Thread-0:28
Thread-0:30
Thread-0:32
Thread-0:34
Thread-0:36
Thread-0:38
Thread-0:40
Thread-0:42
Thread-0:44
Thread-0:46
Thread-0:48
Thread-0:50
Thread-0:52
Thread-0:54
Thread-0:56
Thread-0:58
Thread-0:60
Thread-0:62
Thread-0:64
Thread-0:66
Thread-0:68
Thread-0:70
Thread-0:72
Thread-0:74
Thread-1:1
Thread-1:3
Thread-1:5
Thread-1:7
Thread-1:9
Thread-1:11
Thread-1:13
Thread-1:15
Thread-1:17
Thread-1:19
Thread-0:76
Thread-0:78
Thread-0:80
Thread-0:82
Thread-0:84
Thread-0:86
Thread-0:88
Thread-0:90
Thread-0:92
Thread-0:94
Thread-0:96
Thread-0:98
Thread-1:21
Thread-1:23
Thread-1:25
Thread-1:27
Thread-1:29
Thread-1:31
Thread-1:33
Thread-1:35
Thread-1:37
Thread-1:39
Thread-1:41
Thread-1:43
Thread-1:45
Thread-1:47
Thread-1:49
Thread-1:51
Thread-1:53
Thread-1:55
Thread-1:57
Thread-1:59
Thread-1:61
Thread-1:63
Thread-1:65
Thread-1:67
Thread-1:69
Thread-1:71
Thread-1:73
Thread-1:75
Thread-1:77
Thread-1:79
Thread-1:81
Thread-1:83
Thread-1:85
Thread-1:87
Thread-1:89
Thread-1:91
Thread-1:93
Thread-1:95
Thread-1:97
Thread-1:99

练习的体会：

• 输出的线程会互相交错出现，说明2条线程确实是并行运行的。

• 可以用

  System.out.println(Thread.currentThread().getName());
  

  来查看当前执行的线程是哪一个。

• 当需要执行多个不同功能的线程时，需要创建不同的子类来实现。

10.2.3.1 练习更优的写法

• 上述练习创建的线程对象，都是只用一次。因此可以创建匿名子类的匿名对象来启动线程。

优化后的代码：

//线程1-遍历100以内的偶数
new Thread(){
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}.start();

//线程2-遍历100以内的奇数
new Thread(){
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (i % 2 != 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}.start();

10.2.4 线程的常用方法

线程方法	作用
void start()	启动线程，并执行对象的 run()方法
run()	线程在被调度时执行的操作
String getName()	返回线程的名称
void setName()	设置该线程名称
static Thread currentThread()	返回当前线程。在 Thread 子类中就是this ，通常用于主线程和 Runnable实现类
static void yield()	线程让步：暂停当前正在执行的线程，把执行机会让给优先级相同或更高的线程；若队列中没有同优先级的线程，忽略此方法
join()	当某个程序执行流中调用其他线程的 join() 方法时，调用线程将被阻塞，直到 join() 方法加入的 join 线程执行完为止。低优先级的线程也可以获得执行。
static void sleep(long millis)：(指定时间:毫秒)	① 令当前活动线程在指定时间段内放弃对 CPU 控制，使其他线程有机会被执行，时间到后重新排队。② 抛出 InterruptedException 异常。
stop()	强制线程生命期结束，不推荐使用！
boolean isAlive()	返回 boolean ，判断线程是否还活着

使用例子：

($1$) 设置线程名称

• 次线程可通过 setName() 设置名字。
• 主线程可通过 currentThread().setName() 设置名字。

public class ThreadMethods {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadName threadName = new ThreadName();
        threadName.setName("求偶数的线程");
        threadName.start();
        
        //主线程设置名字操作
        Thread.currentThread().setName("主线程");
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 != 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

//展示如何给线程取名的操作
class ThreadName extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

输出：

主线程:1
主线程:3
主线程:5
求偶数的线程:0
求偶数的线程:2
求偶数的线程:4
求偶数的线程:6
求偶数的线程:8
主线程:7
主线程:9
主线程:11
主线程:13
主线程:15
主线程:17
主线程:19
求偶数的线程:10
求偶数的线程:12
求偶数的线程:14
求偶数的线程:16
求偶数的线程:18

($2$) yield线程让步

• 放弃当前的线程。然后有两种可能：

  ① 被放弃的线程被别的线程抢到执行；

  ② 又被自己抢到执行机会。这样就会看起来没什么区别。

• 例子：当 $i$ 能被4整除时，调用 yield 。

public class ThreadMethods {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadName threadName = new ThreadName();
        threadName.setName("求偶数的线程");
        threadName.start();

        //主线程设置名字操作
        Thread.currentThread().setName("主线程");
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 != 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

//展示如何给线程取名的操作
class ThreadName extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }

            if (i % 4 == 0) {
                Thread.yield();
            }
        }
    }
}

输出：

主线程:1
主线程:3
主线程:5
主线程:7
主线程:9
求偶数的线程:0
主线程:11
求偶数的线程:2
求偶数的线程:4
主线程:13
主线程:15
主线程:17
主线程:19
求偶数的线程:6
求偶数的线程:8
求偶数的线程:10
求偶数的线程:12
求偶数的线程:14
求偶数的线程:16
求偶数的线程:18

• 可以看到，当 求偶数的线程:4 时，线程放弃执行机会，后面就被主线程抢到。直到主线程输出完所有20以内的奇数为止。

($3$) join操作：打断当前线程的执行，插入其他线程

• join() 操作就是一个插队操作。在当前线程中插入别的线程的 join() 方法后，当前线程就中断，去执行另一个线程直到执行完毕再恢复原来的线程。

• join() 方法要处理异常。

• 下面的例子中，当主线程的 $i$ 执行到 $5$ 时，主线程被中断，插入了另一个线程的 threadName.join() 方法。只有当 treadName 线程执行完毕，才能恢复主线程的执行。

public class ThreadMethods {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadName threadName = new ThreadName();
        threadName.setName("求偶数的线程");
        threadName.start();

        //主线程设置名字操作
        Thread.currentThread().setName("主线程");
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 != 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }

            //join()方法的测试
            if (i == 5) {
                try {
                    threadName.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

class ThreadName extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

输出：

主线程:1
主线程:3
主线程:5
求偶数的线程:0
求偶数的线程:2
求偶数的线程:4
求偶数的线程:6
求偶数的线程:8
求偶数的线程:10
求偶数的线程:12
求偶数的线程:14
求偶数的线程:16
求偶数的线程:18
主线程:7
主线程:9
主线程:11
主线程:13
主线程:15
主线程:17
主线程:19

($4$) sleep(long millis)：让线程阻塞 millis 的时间

• sleep(long millis) 需要异常处理。
• 下面的例子是 threadName 线程每隔 $1000$ 毫秒 ($1$ 秒) 才输出一个偶数。可以看到有倒计时的效果。

public class ThreadMethods {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadName threadName = new ThreadName();
        threadName.setName("求偶数的线程");
        threadName.start();

        //主线程设置名字操作
        Thread.currentThread().setName("主线程");
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 != 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }

            //join()方法的测试
            if (i == 5) {
                try {
                    threadName.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

//展示如何给线程取名的操作
class ThreadName extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 == 0) {

                //sleep(long millis)的测试
                try {
                    sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

($5$) isAlive()：让线程阻塞 millis 的时间

• 线程在 run() 方法执行完之后就死亡了。可以使用 isAlive() 方法判断该线程是否还存活。

public class ThreadMethods {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadName threadName = new ThreadName();
        threadName.setName("求偶数的线程");
        threadName.start();

        //主线程设置名字操作
        Thread.currentThread().setName("主线程");
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 != 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }

            //join()方法的测试
            if (i == 5) {
                try {
                    threadName.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

        }
        //isAlive()方法测试
        System.out.println("线程threadName是否存活：" + threadName.isAlive());
    }
}

//展示如何给线程取名的操作
class ThreadName extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 == 0) {

                //sleep(long millis)的测试
                try {
                    sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

输出：

主线程:1
主线程:3
主线程:5
求偶数的线程:0
求偶数的线程:2
求偶数的线程:4
求偶数的线程:6
求偶数的线程:8
求偶数的线程:10
求偶数的线程:12
求偶数的线程:14
求偶数的线程:16
求偶数的线程:18
主线程:7
主线程:9
主线程:11
主线程:13
主线程:15
主线程:17
主线程:19
线程threadName是否存活：false

10.2.5 线程的优先级

• 线程优先级分为 $1$ ~ $10$ 级。其中 $10$ 级为最高优先级。

• Thread 类中默认设置了三档优先级属性：

  优先级	属性
  最大优先级	MAX_PRIORITY：10
  默认优先级	NORM_PRIORITY：5
  最小优先级	MIN _PRIORITY：1

  • 如果没有明确声明，一般线程优先级默认设置为 $5$ 。

• 关于优先级的方法：

  方法名	作用
  getPriority()	获取当前线程的优先级
  setPriority(Thread.MAX_PRIORITY)	设置当前线程的优先级

说明：

• 至少要在 start() 前，设置优先级。
• 线程被设置为最大优先级时，并不意味着该线程一定能执行完，才去执行低优先级的线程。只是有很大概率能被 CPU 优先执行。

例子：

public class ThreadMethods {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadName threadName = new ThreadName();
        threadName.setName("求偶数的线程");

        //设置线程优先级为最大
        threadName.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        threadName.start();

        //主线程设置名字操作
        Thread.currentThread().setName("主线程");

        //设置主线程优先级为最小
        Thread.currentThread().setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 != 0) {
                System.out.println("优先级：" + Thread.currentThread().getPriority() +
                        "|" + Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
        
        //isAlive()方法测试
        System.out.println("线程threadName是否存活：" + threadName.isAlive());
    }
}

//线程ThreadName
class ThreadName extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                System.out.println("优先级：" + getPriority() +
                        "|" + Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

输出：

优先级：1|主线程:1
优先级：10|求偶数的线程:0
优先级：10|求偶数的线程:2
优先级：10|求偶数的线程:4
优先级：10|求偶数的线程:6
优先级：10|求偶数的线程:8
优先级：10|求偶数的线程:10
优先级：1|主线程:3
优先级：10|求偶数的线程:12
优先级：10|求偶数的线程:14
优先级：10|求偶数的线程:16
优先级：10|求偶数的线程:18
优先级：1|主线程:5
优先级：1|主线程:7
优先级：1|主线程:9
优先级：1|主线程:11
优先级：1|主线程:13
优先级：1|主线程:15
优先级：1|主线程:17
优先级：1|主线程:19
线程threadName是否存活：false

• 可以看到优先级为 1 的主线程，居然在第一行被优先执行了，说明优先级高的并不一定先被执行。但从整体来说，求偶数的线程 被优先执行的概率确实是比较大的。

10.2.6 例子：卖票-线程安全问题

题目

创建三个窗口卖票，总票数为100张。

首先创建一个卖票的窗口类Window:

• 其中，ticket 变量必须设置为 static 的，所有的线程实例都共享这个静态变量。否则会出现每个线程各自卖 $100$ 张票。

class Window extends Thread {

    private static int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticket > 0) {
                System.out.println(getName() + "：卖票，票号为：" +
                        ticket);
                ticket--;
            } else {
                System.out.println("票已售罄");
                break;
            }
        }
    }
}

然后，在主线程中创建3个窗口实例。开始卖票：

public class WindowTest {
    public static void main(String[] args) {

        Window w1 = new Window();
        w1.setName("窗口1");
        Window w2 = new Window();
        w2.setName("窗口2");
        Window w3 = new Window();
        w3.setName("窗口3");

        w1.start();
        w2.start();
        w3.start();
    }
}

输出：

• 可以看到，3个窗口实例线程都卖出了票号为 $100$ 的票。这显然是不符合现实逻辑的。这就引出了线程安全问题，引出了下面第二种创建线程的方式。

10.2.7 创建方式二：实现Runnable接口

($1$) 创建一个实现了Runnable接口的类；

($2$) 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()；

($3$) 创建实现类的对象；

($4$) 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象；

($5$) 通过Thread类的对象调用start()。

例：

//1.创建一个实现了Runnable接口的类
class CreateTread implements Runnable {

    private int ticket = 10;//注意这里没加static

    //2.实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticket > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                        "：卖票，票号为：" + ticket);
                ticket--;
            } else {
                System.out.println("票已售罄");
                break;
            }
        }
    }
}


public class ThreadCreate2 {
    public static void main(String[] args) {
        
        //3.创建实现类的对象
        CreateTread c = new CreateTread();
        
        //4.将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
        Thread t1 = new Thread(c);
        t1.setName("窗口1");
        
        //5.通过Thread类的对象调用start()
        t1.start();

        //启动新线程
        Thread t2 = new Thread(c);
        t2.setName("窗口2");
        t2.start();
    }
}

输出：

窗口1：卖票，票号为：10
窗口1：卖票，票号为：9
窗口1：卖票，票号为：8
窗口1：卖票，票号为：7
窗口1：卖票，票号为：6
窗口1：卖票，票号为：5
窗口1：卖票，票号为：4
窗口1：卖票，票号为：3
窗口1：卖票，票号为：2
窗口1：卖票，票号为：1
票已售罄
窗口2：卖票，票号为：10
票已售罄

• 可以看到，虽然 ticket 没有加 static 修饰，但2个线程是共用这10张票的。因为线程 t1 和 t2 都共用 c 这一个对象创建线程。
• 可以看到还是存在 $10$ 号票被2个窗口都卖出去的情况。并没有解决实际问题。

10.2.8 两种线程创建方式的比较

• 开发中，优先选择：实现Runnable接口的方式。

  • 原因1：实现的方式没有类的单继承性的局限性。而继承的方式就不能继承其他父类了。
  • 原因2：实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况。而继承的方式处理多个线程共享数据时需要把此数据定义为 static 的。

• 联系：Thread 类实际上也实现了 Runnable 接口。

  public class Thread implements Runnable {
      ……
  }
  

• 相同点：两种方式都需要重写 run() ，将线程要执行的逻辑声明在 run() 中。

10.3 线程的生命周期

10.3.1 线程的 $5$ 种生命周期

线程状态	描述
新建	当一个 Thread 类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态
就绪	处于 新建 状态的线程被 start() 后，将进入线程队列等待 CPU 时间片。此时它已具备了运行的条件 ，只是没分配到 CPU 资源。
执行	当就绪的线程被调度并获得 CPU 资源时，便进入运行状态， run() 方法定义了线程的操作和功能
阻塞	在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出 CPU 并临时中止自己的执行，进入阻塞状态
死亡	线程完成了它的全部工作、或线程被提前强制性地中止、或出现异常导致结束

10.3.2 线程生命周期

• 死亡 是线程的最终状态。任何线程必然走向死亡。 阻塞不是线程的最终状态，而是中间的、暂时的一种状态。

10.4 线程的同步

10.4.1 线程安全问题

• 以上方卖票窗口的代码为例，会出现重票、甚至错票的问题。

  • 重票：

  

  • 错票：

    

问题出现的原因

• 当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票。

如何解决？

• 当一个线程a在操作 ticket 的时候，其他线程不能参与进来。直到线程a操作完 ticket 时，其他线程才可以开始操作 ticket 。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。
• 相当于上厕所时，给厕所门锁上。只有当自己方便完之后，门外的人才能进来。

10.4.2 同步机制一：同步代码块

在Java中，通过 线程同步机制 来解决线程安全问题。

格式：

• 在需要对共享数据进行操作的部分，用下面的语句包起来：
• 被 synchronized () {} 包裹的代码块，只允许一个线程进来。该线程执行过程中，其他所有线程都必须在代码块外等待。直到该线程执行完毕，其他线程再抢夺进入该代码块的执行权。

synchronized (同步监视器) {
    需要被同步的代码;
}

说明：

• 操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。 -->不能包含代码多了，也不能包含代码少了。

• 共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket 就是共享数据。

• 同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。

• 要求：多个线程必须要共用同一把锁。

• 补充：在实现 Runnable 接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用 this 充当同步监视器。注意继承 Thread 方式创建的线程则不能用 this 。因为继承方式每一个线程都是不同的对象。

同步代码块在继承法 Thread 创建的线程中的使用

• 在继承 Thread 方式创建的线程时，第一种方法是同步监视器必须要创建新的 static 对象。这样才能保证每个线程实例对象都共用同一个同步监视器。

  static Object obj = new Object();
  

• 在继承 Thread 方式创建的线程的第二种同步监视器方式是 线程类名.class 。

  synchronized (线程类名.class) {
      
  }
  

例子：

• 在 实现 Runnable 接口创建多线程的方式中采用 synchronized () {} 同步代码块：

class CreateTread implements Runnable {

    private int ticket = 100;
    Object obj = new Object();//创建了一个对象用作同步监视器

    //2.实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
    @Override
    public void run() {
        while (true) {

            //线程同步方式一：同步代码块synchronized () {}
            synchronized (obj) {

                if (ticket > 0) {

                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                            "：卖票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                } else {
                    System.out.println("票已售罄");
                    break;
                }
            }
        }
    }
}


public class ThreadCreate2 {
    public static void main(String[] args) {

        //3.创建实现类的对象
        CreateTread c = new CreateTread();

        //4.将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
        Thread t1 = new Thread(c);
        t1.setName("窗口1");

        //5.通过Thread类的对象调用start()
        t1.start();

        //启动新线程
        Thread t2 = new Thread(c);
        t2.setName("窗口2");
        t2.start();

        Thread t3 = new Thread(c);
        t3.setName("窗口3");
        t3.start();
    }
}

输出：

窗口1：卖票，票号为：50
窗口1：卖票，票号为：49
窗口1：卖票，票号为：48
窗口1：卖票，票号为：47
窗口1：卖票，票号为：46
窗口1：卖票，票号为：45
窗口1：卖票，票号为：44
窗口1：卖票，票号为：43
窗口1：卖票，票号为：42
窗口1：卖票，票号为：41
窗口1：卖票，票号为：40
窗口1：卖票，票号为：39
窗口1：卖票，票号为：38
窗口1：卖票，票号为：37
窗口1：卖票，票号为：36
窗口1：卖票，票号为：35
窗口1：卖票，票号为：34
窗口1：卖票，票号为：33
窗口1：卖票，票号为：32
窗口1：卖票，票号为：31
窗口1：卖票，票号为：30
窗口3：卖票，票号为：29
窗口3：卖票，票号为：28
窗口3：卖票，票号为：27
窗口3：卖票，票号为：26
窗口3：卖票，票号为：25
窗口3：卖票，票号为：24
窗口3：卖票，票号为：23
窗口3：卖票，票号为：22
窗口3：卖票，票号为：21
窗口3：卖票，票号为：20
窗口3：卖票，票号为：19
窗口3：卖票，票号为：18
窗口3：卖票，票号为：17
窗口3：卖票，票号为：16
窗口3：卖票，票号为：15
窗口3：卖票，票号为：14
窗口3：卖票，票号为：13
窗口3：卖票，票号为：12
窗口3：卖票，票号为：11
窗口3：卖票，票号为：10
窗口3：卖票，票号为：9
窗口3：卖票，票号为：8
窗口3：卖票，票号为：7
窗口3：卖票，票号为：6
窗口3：卖票，票号为：5
窗口3：卖票，票号为：4
窗口3：卖票，票号为：3
窗口3：卖票，票号为：2
窗口2：卖票，票号为：1
票已售罄
票已售罄
票已售罄

• 可以看到，重票和错票就已经没有再发生了。

• 好处：同步的方式，解决了线程的安全问题。

• 坏处：操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。

10.4.3 同步机制二：同步方法

1. 同步方法处理 实现 Runnable 接口线程

• 如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。

• 同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。

• Runnable 接口线程此时的同步方法是非静态的，同步监视器默认为：this 。

• 继承 Thread 线程的同步方法必须是静态的，同步监视器默认为：线程类名.class 。

• 格式：

  private synchronized void show() {//同步监视器默认设置为：this
      需要被同步的代码;
  }
  

例子：

//1.创建一个实现了Runnable接口的类
class Window2 implements Runnable {

    private int ticket = 100;//注意这里没加static

    //2.实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
    @Override
    public void run() {

        while (true) {
            show();

            if (ticket <= 0) {
                System.out.println("票已售罄");
                break;
            }
        }
    }

    //同步方法
    private synchronized void show() {//同步监视器默认设置为：this
        if (ticket > 0) {

            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                    "：卖票，票号为：" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}


public class WindowTest2 {
    public static void main(String[] args) {

        //3.创建实现类的对象
        Window2 w = new Window2();

        //4.将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
        Thread t1 = new Thread(w);
        t1.setName("窗口1");

        //5.通过Thread类的对象调用start()
        t1.start();

        //启动新线程
        Thread t2 = new Thread(w);
        t2.setName("窗口2");
        t2.start();

        Thread t3 = new Thread(w);
        t3.setName("窗口3");
        t3.start();
    }
}

2. 同步方法处理 继承 Thread 创建的线程

• 根据同步监视器必须只有一个，因此继承 Thread 线程的同步方法必须是静态的，此时默认的同步监视器是 线程类名.class 。才能保证下面3个线程实例对象共用同一个静态同步方法。

• 例子：

  class Window3 extends Thread {
  
      private static int ticket = 100;
  
      @Override
      public void run() {
  
          while (true) {
              show();
  
              if (ticket <= 0) {
                  System.out.println("票已售罄");
                  break;
              }
          }
      }
  
      //静态同步方法
      private static synchronized void show() {//同步监视器默认设置为：Window3.class
  
          if (ticket > 0) {
              try {
                  Thread.sleep(10);
              } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
              }
  
              System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                      "：卖票，票号为：" + ticket);
              ticket--;
          }
      }
  }
  
  //主线程
  public class WindowTest3 {
      public static void main(String[] args) {
  
          Window3 w1 = new Window3();
          w1.setName("窗口1");
          Window3 w2 = new Window3();
          w2.setName("窗口2");
          Window3 w3 = new Window3();
          w3.setName("窗口3");
  
          w1.start();
          w2.start();
          w3.start();
      }
  }
  

10.4.4 单例模式中的线程安全

• 在单例模式中，分为饿汉式和懒汉式。懒汉式是到了调用的时候才新建对象，这样会存在线程安全问题。

• 要求：使用同步机制将单例模式中的懒汉式改写为线程安全的。

用同步代码块：

//懒汉的单例模式
class Bank {

    private Bank() {
    }

    private static Bank bank = null;
    public static Bank getInstance() {
        synchronized (Bank.class) {
            if (bank == null) {
                bank = new Bank();
            }
            return bank;
        }
    }
}

用同步方法：

//懒汉的单例模式
class Bank {

    private Bank() {
    }

    private static Bank bank = null;
    public static synchronized Bank getInstance() {//此时默认同步监视器是Bank.class
        if (bank == null) {
            bank = new Bank();
        }
        return bank;
    }
}

注意：

以上两种效率都不高。并不是说线程同步导致的效率低，而是：假如很多个线程同时进来 getInstance() 方法。第一个抢到执行权的线程 new 了一个 Bank 的实例对象，并返回了 bank 实例。后面的所有线程进来不用再 new 一个 Bank 的实例对象了。因此已经不存在线程安全问题，但是却还都要一个一个地排队 return bank 。这样效率显然很低，后面进来的线程不需要进入同步代码块了。

优化代码：

//懒汉的单例模式
class Bank {

    private Bank() {
    }

    private static Bank bank = null;
    public static Bank getInstance() {

        //方式一：效率稍差
//        synchronized (Bank.class) {
//            if (bank == null) {
//                bank = new Bank();
//            }
//            return bank;
//        }

        //方式二：效率更高
        if (bank==null){
            synchronized (Bank.class){
                if (bank==null){
                    bank=new Bank();
                }
            }
        }
        return bank;
    }
}

10.4.5 死锁的问题

10.4.6 Lock锁解决线程安全问题

• Lock锁是 JDK 5.0 之后新增的特性。在实际开发中，优先使用 Lock锁，JVM 将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性 (提供更多子类) 。

1. Lock锁的使用步骤

• Lock锁是一个接口，需要通过 ReentrantLock 实现类去实例化对象使用。

• 实现Lock接口的类：ReentrantLock ，要声明成 private 和final的：

  private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
  

• 通过 lock 对象调用 lock() 方法。此后代码只允许单线程进入，要用try-finally包起来，确保在 finally 中使用 unlock() 方法解锁：

  //上锁，此后代码只允许单线程进入
  lock.lock();
  
  try {
      需要同步的代码;
  } finally {
  	//解锁，此后代码可以恢复为多线程操作
      lock.unlock();
  }
  

2. 卖票窗口例子

class Window4 implements Runnable {

    private int ticket = 100;//注意这里没加static

    //实现Lock接口的类:ReentrantLock，要声明成private和final的
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    //2.实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
    @Override
    public void run() {

        while (true) {

            //上锁，此后代码只允许单线程进入，要用try-finally包起来确保解锁
            lock.lock();

            try {
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                            "：卖票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                } else {
                    System.out.println("票已售罄");
                    break;

                }
            } finally {
                //解锁，此后代码可以恢复为多线程操作
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}


public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {

        //3.创建实现类的对象
        Window4 w = new Window4();

        //4.将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
        Thread t1 = new Thread(w);
        t1.setName("窗口1");

        //5.通过Thread类的对象调用start()
        t1.start();

        //启动新线程
        Thread t2 = new Thread(w);
        t2.setName("窗口2");
        t2.start();

        Thread t3 = new Thread(w);
        t3.setName("窗口3");
        t3.start();
    }
}

3. synchronized 与 Lock锁的对比

• 相同：二者都可以解决线程安全问题。

• 不同：

  • synchronized 机制在执行完相应的同步代码以后，自动地释放同步监视器。

  • Lock 需要手动的启动同步 lock()，同时结束同步也需要手动地实现unlock() 。

  • Lock 只有代码块锁，synchronized 有代码块锁和方法锁。

  • 使用 Lock锁，JVM 将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性 (提供更多子类) 。

4. 优先使用顺序

Lock --> synchronized同步代码块（已经进入了方法体，分配了相应资源） --> synchronized 同步方法（在方法体之外）

10.4.7 线程同步练习

题目：

银行有一个账户。
有两个储户分别向同一个账户存3000元，每次存1000，存3次。每次存完打印账户余额。

问题：该程序是否有线程安全问题？如果有，如何解决？

存在线程安全的版本：

//实现Runnable方式创建多线程
class Account implements Runnable {

    //共享的银行账户
    private double balance;

    @Override
    public void run() {

        int i = 3;//存3次
        while (i > 0) {

            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            balance += 1000;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                    "存钱，余额为:" + balance);
            i--;
        }
    }
}

//主线程
public class AccountTest {
    public static void main(String[] args) {
        Account a = new Account();

        //两个储户线程
        Thread t1 = new Thread(a);
        t1.setName("储户1");
        Thread t2 = new Thread(a);
        t2.setName("储户2");

        //开始存钱
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

输出：

储户2存钱，余额为:1000.0
储户1存钱，余额为:1000.0
储户1存钱，余额为:3000.0
储户2存钱，余额为:3000.0
储户2存钱，余额为:5000.0
储户1存钱，余额为:4000.0

• 可见，余额应该是 $6000.0$ 元，但因为线程不同步导致余额为$5000.0$ 元。

1.用Lock锁解决线程安全的版本：

//实现Runnable方式创建多线程
class Account implements Runnable {

    //共享的银行账户
    private double balance;
    //Lock锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {

        int i = 3;//存3次

        while (i > 0) {

            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            //上锁
            lock.lock();
            try {
                balance += 1000;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                        "存钱，余额为:" + balance);
            } finally {
                //解锁
                lock.unlock();
            }
            i--;
        }
    }
}

//主线程
public class AccountTest {
    public static void main(String[] args) {
        Account a = new Account();

        //两个储户线程
        Thread t1 = new Thread(a);
        t1.setName("储户1");
        Thread t2 = new Thread(a);
        t2.setName("储户2");

        //开始存钱
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

输出：

储户2存钱，余额为:1000.0
储户1存钱，余额为:2000.0
储户2存钱，余额为:3000.0
储户1存钱，余额为:4000.0
储户2存钱，余额为:5000.0
储户1存钱，余额为:6000.0

2.用 synchronized 同步方法解决线程安全的版本：

//实现Runnable方式创建多线程
class Account implements Runnable {

    //共享的银行账户
    private double balance;

    @Override
    public void run() {

        int i = 3;//存3次

        while (i > 0) {

            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
			//调用同步方法
            deposit();
            
            i--;
        }
    }
	
    //同步方法
    private synchronized void deposit() {
        balance += 1000;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                "存钱，余额为:" + balance);
    }
}

//主线程
public class AccountTest {
    public static void main(String[] args) {
        Account a = new Account();

        //两个储户线程
        Thread t1 = new Thread(a);
        t1.setName("储户1");
        Thread t2 = new Thread(a);
        t2.setName("储户2");

        //开始存钱
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

输出：

储户1存钱，余额为:1000.0
储户2存钱，余额为:2000.0
储户2存钱，余额为:3000.0
储户1存钱，余额为:4000.0
储户1存钱，余额为:5000.0
储户2存钱，余额为:6000.0

3.用 synchronized 同步代码块解决线程安全的版本：

//实现Runnable方式创建多线程
class Account implements Runnable {

    //共享的银行账户
    private double balance;

    @Override
    public void run() {

        int i = 3;//存3次

        while (i > 0) {

            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            
			//同步代码块
            synchronized (this) {
                balance += 1000;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                        "存钱，余额为:" + balance);
            }
            i--;
        }
    }
}

//主线程
public class AccountTest {
    public static void main(String[] args) {
        Account a = new Account();

        //两个储户线程
        Thread t1 = new Thread(a);
        t1.setName("储户1");
        Thread t2 = new Thread(a);
        t2.setName("储户2");

        //开始存钱
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

输出：

储户1存钱，余额为:1000.0
储户2存钱，余额为:2000.0
储户2存钱，余额为:3000.0
储户1存钱，余额为:4000.0
储户2存钱，余额为:5000.0
储户1存钱，余额为:6000.0

10.5 线程的通信

10.5.1 例题

使用两个线程打印1~20。线程1、线程2交替打印。

解：

class Number implements Runnable {

    private int num = 1;

    @Override
    public void run() {

        while (true) {

            synchronized (this) {

                //唤醒被wait()的线程
                notify();

                if (num <= 20) {

                    try {
                        Thread.sleep(5);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }


                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                            "打印：" + num);
                    num++;

                    //使得调用如下wait()方法的线程进入阻塞状态
                    try {
                        wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}


public class ThreadCommunication {
    public static void main(String[] args) {
        Number n = new Number();

        Thread t1 = new Thread(n);
        t1.setName("线程1");
        Thread t2 = new Thread(n);
        t2.setName("线程2");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

• 上述代码的执行经过：线程1抢到同步锁进入 synchronized() 代码块中。–>

• 没有线程被 wait() ，因此 notify() 无效。–>

• 线程1输出 number $1$，执行 wait() 被阻塞，同时释放同步锁。–>

• 线程2得到同步锁进入 synchronized() 代码块中。–>

• 线程2执行 notify() ，激活线程1。但此时同步锁在线程2手上，因此线程1只能在 synchronized() 代码块外等待。–>

• 线程2继续输出 number $2$，执行 wait() 被阻塞，同时释放同步锁。–>

• 线程1得到同步锁进入 synchronized() 代码块中。–>

• 线程1执行 notify() ，激活线程2。但此时同步锁在线程1手上，因此线程2只能在 synchronized() 代码块外等待。–>

• 线程1继续输出 number $3$，执行 wait() 被阻塞，同时释放同步锁。–>

  ……

  如此循环交替输出。

输出：

线程1打印：1
线程2打印：2
线程1打印：3
线程2打印：4
线程1打印：5
线程2打印：6
线程1打印：7
线程2打印：8
线程1打印：9
线程2打印：10
线程1打印：11
线程2打印：12
线程1打印：13
线程2打印：14
线程1打印：15
线程2打印：16
线程1打印：17
线程2打印：18
线程1打印：19
线程2打印：20

10.5.2 通信涉及的三个方法

通信方法	作用
wait()	一旦执行此方法，该线程就进入阻塞状态。并释放同步监视器的锁。
notify()	一旦执行此方法，就会唤醒被 wait() 的一个线程。如果有多个线程被 wait() ，那么唤醒优先级高的。如果都为默认优先级，则随机唤醒一个。
notifyAll()	一旦执行此方法，就会唤醒所有被 wait() 的线程。

10.5.3 使用说明

• wait() ，notify() ，notifyAll() 三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
• wait() ，notify() ，notifyAll() 三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。否则，会出现IllegalMonitorStateException 异常。
• wait() ，notify() ，notifyAll() 三个方法是定义在java.lang.Object类中。而不是 Thread 类中。

10.5.4 sleep() 和 wait() 的异同？

相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。

不同点：

1）两个方法声明的位置不同：Thread 类中声明 sleep() , Object 类中声明 wait() 。

2）调用的要求不同：sleep() 可以在任何需要的场景下调用。 wait() 必须使用在同步代码块或同步方法中。

3）关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep() 不会释放锁，wait() 会释放锁。

10.5.5 经典例题：生产者/消费者问题

题目：

难点

• 生产者端和消费者端的线程之间如何通信？

  答：让生产者端和消费者端的构造器都与店员 (Clerk) 关联起来。

  class Producer implements Runnable {
  
      private Clerk clerk;
  
      //把生产者端和中间端店员关联起来
      public Producer(Clerk clerk) {
          this.clerk = clerk;
      }
      
    ......
        
  }
  

• 消费者线程一开始就因为产品为0而被 wait() ，notify() 应该加在哪儿呢？

  答：只要生产了1件商品，就可以通知消费者线程开始消费了。相应的，如果店员满了20件商品被 wait() ，只要消费了1件商品，就可以通知生产线程开始生产了。

  products++;
  notify();
  System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
          "生产，产品数：" + products);
  

整体代码：

//共享对象：店员
class Clerk {
    //固定的产品数量-20个
    protected int products;

    //生产
    public synchronized void produce() {//此时同步监视器为Clerk的对象

        //超过20个等一下
        if (products >= 20) {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        } else {
            products++;
            notify();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                    "生产，产品数：" + products);
        }
    }


    //消费
    public synchronized void consume() {//此时同步监视器为Clerk的对象，与生产端一样

        //没有商品了等一下
        if (products <= 0) {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        } else {
            products--;
            notify();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                    "消费，产品数：" + products);
        }
    }
}


//生产者
class Producer implements Runnable {

    private Clerk clerk;

    //把生产者端和中间端店员关联起来
    public Producer(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {

        //不断增加产品
        while (true) {

            //设置一下生产速度，暂定1秒生产1个
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            clerk.produce();
        }
    }
}

//消费者
class Customer implements Runnable {

    private Clerk clerk;

    public Customer(Clerk clerk) {
        this.clerk = clerk;
    }

    @Override
    public void run() {

        //不断消耗产品
        while (true) {

            //设置一下消费速度，暂定1秒消耗1个
            try {
                Thread.sleep(700);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            clerk.consume();
        }
    }
}


//主线程
public class ProductTest {
    public static void main(String[] args) {

        Clerk clerk = new Clerk();
        Producer p = new Producer(clerk);
        Customer c = new Customer(clerk);

        //生产者端
        Thread p1 = new Thread(p);
        p1.setName("生产者1");
        Thread p2 = new Thread(p);
        p2.setName("生产者2");
        Thread p3 = new Thread(p);
        p3.setName("生产者3");

        //消费者端
        Thread c1 = new Thread(c);
        c1.setName("消费者1");

        //多线程启动
        p1.start();
        p2.start();
        p3.start();
        c1.start();
    }
}

练习的体会：

• Clerk 类，既没有继承 Thread 类，也没有实现 Runnable 接口。因此没有线程的 run() 方法，也创建不了多线程。但是，其被实现了 Runnable 接口的生产者 Producer 类和消费者 Customer 类各自关联到自己的构造器当中了，且调用了Clerk 类中的同步方法 生产produce() 和 消费 consume() 。因此，Clerk 类中可以定义 synchronized 同步方法生产produce() 和 消费 consume() 。并在其中调用了线程通信的 wait() 和 notify() 方法。
• 两个不同的类：实现了 Runnable 接口的生产者 Producer 类和消费者 Customer 类，可以互相通知唤醒 notify()对方的线程。因为生产者 Producer 类和消费者 Customer 类都调用了Clerk 类中的同步方法 生产produce() 和 消费 consume() ，且这两个同步方法拥有相同的同步监视器：Clerk 类的对象 this 。

10.6 JDK5.0 新增线程创建方式

10.6.1 创建方式三：实现Callable接口

1. Callable接口创建线程步骤

• 创建一个 Callable 的实现类；
• 实现 call() 方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中。
• 创建一个 Callable 的实现类的对象；
• 将此Callable 接口实现类的对象作为传递到 FutureTask 构造器中，创建 FutureTask 的对象；
• 将 FutureTask 的对象作为参数传递到 Thread 类的构造器中，创建 Thread 对象，并调用 start() ；
• (可选) 获取 Callable 中 call 方法的返回值。

2. Callable比Runnable接口强大

• 相比 run() 方法，call() 方法可以有返回值。
• call() 方法可以抛出异常。
• 支持泛型的返回值 (后面介绍什么是泛型)。
• 需要借助 FutureTask 类，比如获取返回结果。
• Future 接口：
  • 可以对具体Runnable 、Callable 任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果等。
  • FutureTask 类是Future 接口唯一的实现类。
  • FutureTask 类同时实现了Runnable 和 Future 接口。它既可以作为 Runnable 被线程执行，又可以作为Future 得到Callable 的返回值。

3. 例子

• 输出20内的偶数，并返回这些偶数的和：

//1.创建一个Callable的实现类
class NumThread implements Callable {

    //2.实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                System.out.println(i);
                sum += i;
            }
        }
        return sum;//包装类Integer自动装箱
    }
}

public class ThreadNew {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建callable实现类的对象
        NumThread numThread = new NumThread();

        //4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
        FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);

        //5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
        Thread t1 = new Thread(futureTask);
        t1.start();

        try {
            //6.获取Callable中call方法的返回值
            Object sum = futureTask.get();
            System.out.println("sum = " + sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

10.6.2 创建方式四：线程池

• 开发中真正用的都是线程池。
• 背景： 经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大。
• 思路：提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。
• 好处：
  • 提高响应速度 (减少创建新线程的时间)；
  • 降低资源消耗 (重复利用线程池中的线程，不需要每次都创建)
  • 便于线程管理：
    • corePoolSize：核心池大小
    • maximumPoolSize：最大线程数
    • keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止
    • ……

1. 线程池相关API

• JDK5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService 和 Executors 。

• ExecutorService ：真正的线程池接口。常见实现类 ThreadPoolExecutor

  • void executor(Runnable command)
    

    执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行 Runnable 。

  • <T>Future<T>submit(Callable<T>task)
    

    执行任务，有返回值，一般用来执行 Callable 。

  • void shutdown()
    

    关闭线程池。

• Executors ：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池。

  • Executors.newCachedThreadPool()
    

    创建一个可根据需要，创建新线程的线程池。

  • Executors.newFixedThreadPool(n)
    

    创建一个可重用固定线程数的线程池。

  • Executors.newSingleThreadExecutor()
    

    创建一个只有一个线程的线程池。

  • Exrcutors.newScheduledThreadPool(n)
    

    创建一个线程池，它可以安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。

2. 线程池创建线程步骤

• 提供指定线程数量的线程池：

ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

• 执行指定的线程操作，需要提供实现Runnable或者Callable接口实现类的对象：

service.execute(new NumThread1());
Future future = service.submit(new NumThread2());

• 关闭线程池

service.shutdown();

3. 线程池使用说明

• 下面代码中，ExecutorService 是接口，因此 service 必定是 ExecutorService 是接口的某个实现类。

ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

• 通过以下代码获取 service 的类：

System.out.println(service.getClass());

输出：

class java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor

可以看到，ThreadPoolExecutor 是 ExecutorService 是接口的实现类：

• 因此，就可以通过强转成 ThreadPoolExecutor 类的对象，来//设置线程池的属性：

  //强转
  ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
  

4. 例子

class NumThread1 implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                        ":" + i);
            }
        }
    }
}

//创建一个Callable的实现类
class NumThread2 implements Callable {

    //实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 2 != 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                        ":" + i);
                sum += i;
            }
        }
        return sum;//包装类Integer自动装箱
    }
}

public class ThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1.提供指定线程数量的线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        //2.执行指定的线程操作，需要提供实现Runnable或者Callable接口实现类的对象
        service.execute(new NumThread1());//执行Runnable接口实现类对象的线程
        Future future = service.submit(new NumThread2());//执行Callable接口实现类对象的线程

        try {
            //获取Callable中call方法的返回值
            Object sum = future.get();
            System.out.println("sum = " + sum);
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //3.关闭线程池
        service.shutdown();
    }
}

输出：

pool-1-thread-1:0
pool-1-thread-1:2
pool-1-thread-1:4
pool-1-thread-1:6
pool-1-thread-1:8
pool-1-thread-1:10
pool-1-thread-1:12
pool-1-thread-1:14
pool-1-thread-1:16
pool-1-thread-1:18
pool-1-thread-2:1
pool-1-thread-2:3
pool-1-thread-2:5
pool-1-thread-2:7
pool-1-thread-2:9
pool-1-thread-2:11
pool-1-thread-2:13
pool-1-thread-2:15
pool-1-thread-2:17
pool-1-thread-2:19
sum = 100