1 进程

1.1概念：

进程就是正在运行的程序,它代表了程序所占用的内存区域。

1.2 进程的特点：

独立性

进程是系统中独立存在的实体,它可以拥有自己独立的资源,每个进程都拥有自己私有的地址空间,在没有经过进程本身允许的情况下,一个用户进程不可以直接访问其他进程的地址空间。

动态性

进程与程序的区别在于,程序只是一个静态的指令集合,而进程是一个正在系统中活动的指令集合,程序加入了时间的概念以后,称为进程,具有自己的生命周期和各种不同的状态,这些概念都是程序所不具备的。

并发性

多个进程可以在单个处理器CPU上并发执行,多个进程之间不会互相影响。

1.3 并行和并发：

HA(High Availability)高可用:指在高并发的情景中,尽可能的保证程序的可用性,减少系统不能提供服务的时间

2 线程

2.1 线程的概念

线程是操作系统OS能够进行运算调度的最小单位,它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位.

一个进程可以开启多个线程,其中有一个主线程来调用本进程中的其他线程

我们看到的进程的切换，切换的也是不同进程的主线程

多线程扩展了多进程的概念,使的同一个进程可以同时并发处理多个任务

2.2 进程与线程的关系

一个操作系统中可以有多个进程,一个进程中可以包含一个线程(单线程程序),也可以包含多个线程(多线程程序)

每个线程在共享同一个进程中的内存的同时,又有自己独立的内存空间.

所以想使用线程技术,得先有进程,进程的创建是OS操作系统来创建的,一般都是C或者C++完成

3 多线程的特性

3.1 随机性

线程的随机性指的是同一时刻,只有一个程序在执行

我们宏观上觉得这些程序像是同时运行,但是实际上微观时间是因为CPU在高效的切换着，这使得各个程序从表面上看是同时进行的,也就是说,宏观层面上,所有的进程/线程看似同时运行,但是微观层面上,同一时刻,一个CPU只能处理一件事.切换的速度甚至是纳秒级别的,非常快

3.2 CPU分时调度

时间片,即CPU分配给各个线程的一个时间段,称作它的时间片,即该线程被允许运行的时间，如果在时间片用完时线程还在执行,那CPU将被剥夺并分配给另一个线程,将当前线程挂起,如果线程在时间片用完之前阻塞或结束,则CPU当即进行切换,从而避免CPU资源浪费,当再次切换到之前挂起的线程,恢复现场,继续执行。

注意:我们无法控制OS选择执行哪些线程,OS底层有自己规则,如:

1.FCFS(First Come First Service 先来先服务算法)

2.SJS(Short Job Service短服务算法)

3.3 线程的状态

由于线程状态比较复杂,我们由易到难,先学习线程的三种基础状态及其转换,简称”三态模型” :

就绪(可运行)状态：线程已经准备好运行，只要获得CPU，就可立即执行

执行(运行)状态：线程已经获得CPU，其程序正在运行的状态

阻塞状态：正在运行的线程由于某些事件（I/O请求等）暂时无法执行的状态，即线程执行阻塞

就绪 → 执行:为就绪线程分配CPU即可变为执行状态"

执行 → 就绪:正在执行的线程由于时间片用完被剥夺CPU暂停执行,就变为就绪状态

执行 → 阻塞:由于发生某事件,使正在执行的线程受阻,无法执行,则由执行变为阻塞

(例如线程正在访问临界资源,而资源正在被其他线程访问)

反之,如果获得了之前需要的资源,则由阻塞变为就绪状态,等待分配CPU再次执行

我们可以再添加两种状态:

创建状态:线程的创建比较复杂,需要先申请PCB,然后为该线程运行分配必须的资源,并将该线程转为就绪状态插入到就绪队列中

终止状态:等待OS进行善后处理,最后将PCB清零,并将PCB返回给系统

PCB(Process Control Block):为了保证参与并发执行的每个线程都能独立运行,OS配置了特有的数据结构PCB来描述线程的基本情况和活动过程,进而控制和管理线程

3.4 线程状态与代码对照

线程生命周期,主要有五种状态:

1.新建状态(New) : 当线程对象创建后就进入了新建状态.如:Thread t = new MyThread();

2.就绪状态(Runnable):当调用线程对象的start()方法,线程即为进入就绪状态.

处于就绪(可运行)状态的线程,只是说明线程已经做好准备,随时等待CPU调度执行,并不是执行了t.start()此线程立即就会执行

3.运行状态(Running):当CPU调度了处于就绪状态的线程时,此线程才是真正的执行,即进入到运行状态

就绪状态是进入运行状态的唯一入口,也就是线程想要进入运行状态状态执行,先得处于就绪状态

4.阻塞状态(Blocked):处于运状态中的线程由于某种原因,暂时放弃对CPU的使用权,停止执行,此时进入阻塞状态,直到其进入就绪状态才有机会被CPU选中再次执行.

根据阻塞状态产生的原因不同,阻塞状态又可以细分成三种:

等待阻塞:运行状态中的线程执行wait()方法,本线程进入到等待阻塞状态

同步阻塞:线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其他线程占用),它会进入同步阻塞状态

其他阻塞:调用线程的sleep()或者join()或发出了I/O请求时,线程会进入到阻塞状态.当sleep()状态超时.join()等待线程终止或者超时或者I/O处理完毕时线程重新转入就绪状态

5.死亡状态(Dead):线程执行完了或者因异常退出了run()方法,该线程结束生命周期

4 多线程代码创建方式1:继承Thread

4.1 概述

Thread类本质上是实现了Runnable接口的一个实例,代表一个线程的实例

启动线程的唯一方法就是通过Thread类的start()实例方法

start()方法是一native方法,它将通知底层操作系统,.最终由操作系统启动一个新线程,操作系统将执行run()

这种方式实现的多线程很简单,通过自己的类直接extends Thread,并重写run()方法,就可以自动启动新线程并执行自己定义的run()方法

模拟开启多个线程,每个线程调用run()方法.

4.2 常用方法

构造方法

Thread() 分配新的Thread对象
Thread(String name) 分
配新的Thread对象
Thread(Runnable target) 
分配新的Thread对象
Thread(Runnable
 target,String name)
 分配新的Thread对象

普通方法

static Thread currentThread( )
返回对当前正在执行的线程对象的引用
long getId()
返回该线程的标识
String getName()
返回该线程的名称
void run()
如果该线程是使用独立的 
Runnable 运行对象构造的
，则调用该 Runnable 对象的 run 方法
static void sleep(long millions)
在指定的毫秒数内让当
前正在执行的线程休眠(暂停执行)
void start()
使该线程开始执行:Java
虚拟机调用该线程的run()

4.3 测试多线程的创建方式1

思路一：继承

1.自定义一个类extends Thread

2.重写run()里面写业务

3.创建线程对象

4.调用start()

注意：可以通过调用父类Thread的含参构造Thread(String name)

给自定义线程对象起名字，调用方式：super(name);

5 多线程代码创建方式2:实现Runnable接口

5.1 概述

如果自己的类已经extends另一个类,就无法多继承,此时,可以实现一个Runnable接口

5.2 常用方法

void run()使用实现接口Runnable的对象创建线程时,启动该线程将导致在独立执行的线程中调用对象的run()方法

5.3 练习2：测试多线程的创建方式2

思路二：实现

1.自定义一个类implements Runnable

2.实现接口中未实现的run()

3.打印线程名称：Thread.currentThread().getName()

4.创建目标业务对象–接口实现类的对象–包含的是我们的业务

5.创建线程对象–Thread t1 = new Thread(target);

目的：为了把实现类与Thread建立关系，原因是想用Thread的start()

6.通过线程对象调用start(),把线程对象加入就绪队列

5.4 两种实现方式的比较

继承Thread类

优点: 编写简单,如果需要访问当前线程,无需使用Thread.currentThread()方法,直接使用this即可获得当前线程

缺点: 自定义的线程类已继承了Thread类,所以后续无法再继承其他的类

实现Runnable接口

优点: 自定义的线程类只是实现了Runnable接口或Callable接口,后续还可以继承其他类,在这种方式下,多个线程可以共享同一个target对象,所以非常适合多个相同线程来处理同一份资源的情况,从而可以将CPU、代码、还有数据分开(解耦),形成清晰的模型,较好地体现了面向对象的思想

缺点: 编程稍微复杂,如想访问当前线程,则需使用Thread.currentThread()方法

6 售票案例

需求:设计4个售票窗口，总计售票100张。用多线程的程序设计并写出代码

6.1 方案1：继承Thread

6.2 方案2：实现Runnable

6.3 问题

1.每次创建线程对象，都会生成一个tickets变量值是100，创建4次对象就生成了400张票了。不符合需求，怎么解决呢？能不能把tickets变量在每个对象间共享，就保证多少个对象都是卖这100张票。

解决方案: 用静态修饰

2.产生超卖，0 张 、-1张、-2张。

3.产生重卖，同一张票卖给多人。

4.多线程安全问题是如何出现的？常见情况是由于线程的随机性+访问延迟。

5.以后如何判断程序有没有线程安全问题？

在多线程程序中 + 有共享数据 + 多条语句操作共享数据

同步锁-线程安全问题解决方案

7 同步锁

7.1 前言

经过前面多线程编程的学习,我们遇到了线程安全的相关问题,比如多线程售票情景下的超卖/重卖现象.

我们如何判断程序有没有可能出现线程安全问题,主要有以下三个条件:

在多线程程序中 + 有共享数据 + 多条语句操作共享数据

多线程的场景和共享数据的条件是改变不了的(就像4个窗口一起卖100张票,这个是业务)

所以思路可以从第3点"多条语句操作共享数据"入手,既然是在这多条语句操作数据过程中出现了问题

那我们可以把有可能出现问题的代码都包裹起来，一次只让一个线程来执行

7.2 同步与异步

那怎么"把有可能出现问题的代码都包裹起来"呢?我们可以使用synchronized关键字来实现同步效果

也就是说,当多个对象操作共享数据时,可以使用同步锁解决线程安全问题,被锁住的代码就是同步的

接下来介绍下同步与异步的概念:

同步：体现了排队的效果，同一时刻只能有一个线程独占资源，其他没有权利的线程排队。

坏处就是效率会降低，不过保证了安全。

异步：体现了多线程抢占资源的效果，线程间互相不等待，互相抢占资源。

坏处就是有安全隐患,效率要高一些。

7.3 synchronized同步关键字

7.3.1 写法

 synchronized (锁对象){
需要同步的代码(也就是可能出
现问题的操作共享数据的多条语句);
}

7.3.2 前提

同步效果的使用有两个前提:

前提1：同步需要两个或者两个以上的线程(单线程无需考虑多线程安全问题)

前提2：多个线程间必须使用同一个锁(我上锁后其他人也能看到这个锁,不然我的锁锁不住其他人,就没有了上锁的效果)

7.3.3 特点

1.synchronized同步关键字可以用来修饰方法,称为同步方法,使用的锁对象是this

2.synchronized同步关键字可以用来修饰代码块,称为同步代码块,使用的锁对象可以任意

3.同步的缺点是会降低程序的执行效率，但我们为了保证线程的安全,有些性能是必须要牺牲的

4.但是为了性能,加锁的范围需要控制好,比如我们不需要给整个商场加锁,试衣间加锁就可以了

为什么同步代码块的锁对象可以是任意的同一个对象,但是同步方法使用的是this呢?

因为同步代码块可以保证同一个时刻只有一个线程进入

但同步方法不可以保证同一时刻只能有一个线程调用,所以使用本类代指对象this来确保同步

7.4.1练习-改造售票案例

package cn.tedu.tickets;
 
/*本类用于改造多线程售
票案例，解决数据安全问题*/
public class TestRunnableV2 {
    public static void
 main(String[] args) {
        //5.创建目标业务类对象
        TicketR2 target
 = new TicketR2();
        //6.创建线程对象
        Thread t1 = new
 Thread(target);
        Thread t2 = 
new Thread(target);
        Thread t3 = 
new Thread(target);
        Thread t4 =
 new Thread(target);
        //7.以多线程的方式运行
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
    }
}
 
/*1.多线程中出现数据安全问题的
原因：多线程程序+共享数据+
多条语句操作共享数据*/
/*2.同步锁：相当于给容易出现问
题的代码加了一把锁，包裹了所有
可能会出现数据安全问题的代码
 * 加锁之后，就有了同步(排队)的效
果，但是加锁的话，需要考虑：
 * 锁的范围：不能太大，太大，
干啥都得排队，也不能太小，太
小，锁不住，还是会有安全隐患*/
//1.创建自定义多线程类
class TicketR2 implements Runnable {
    //3.定义成员变量，保存票数
    int tickets = 100;
    //创建锁对象
    Object o = new Object();
 
    //2.实现接口中未实现的
方法，run()中放着的是我们的业务
    @Override
    public void run() {
        //4.通过循环结构完成业务
        while (true) {
            /*3.同步代码
块：synchronized
(锁对象){会出现安全隐患的所有代码}
             * 同步代码块在同
一时刻，同一资源只会被一个线程独享*/
            /*这种写法不对，相当于
每个线程进来的时候都会new一个锁
对象，线程间使用的并不是同一把锁*/
            //synchronized (new Object()){
            //修改同步代码块的锁
对象为成员变量o,因为锁对象必须唯一
            synchronized (o) {
//同步代码块解决的是重卖的问题
     //如果票数>0就卖票
  if (tickets > 0) {
                    try {
        Thread.sleep(10);
     } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
         }
    //4.1打印当前正在售票的线程名以及票数-1
      System.out.println
(Thread.currentThread
().getName() + "=" + tickets--);
                }
    //4.2退出死循环--没票的时候就结束
                if (tickets <= 0) break;
            }
        }
    }
}

7.4.2 练习-改造售票案例

package cn.tedu.tickets;
 
/*本类用于改造多线程售票
案例，解决数据安全问题*/
public class TestThreadV2 {
    public static void
 main(String[] args) {
        //5.创建多个线程对
象并以多线程的方式运行
        TickectT2 t1 = 
ew TickectT2();
        TickectT2 t2 =
 new TickectT2();
        TickectT2 t3 =
 new TickectT2();
        TickectT2 t4 
= new TickectT2();
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
    }
}
 
//1.自定义多线程类
class TickectT2 extends Thread {
    //3.新增成员变量用来保存票数
    static int tickets = 100;
    //static Object o = new Object();
 
    //2.添加重写的run()来完成业务
    @Override
    public void run() {
//3.创建循环结构用来卖票
while (true) {
 //Ctrl+Alt+L调整代码缩进
//7.添加同步代码块，解决数据安全问题
//synchronized (new Object()) {
 /*static的Object的对象o这种写法也可以*/
 //synchronized (o) {
/*我们每通过class关键字创建一个
类，就会在工作空间中生成一
个唯一对应的类名.class字节码文件
 * 这个类名.class对应的对象我
们称之为这个类的字节码对象
 * 字节码对象极其重要，是反射技
术的基石，字节码对象中包含了
当前类所有的关键信息
 * 所以，用这样一个唯一且明
确的对象作为同步代码块
的锁对象，再合适不过了*/
synchronized 
(TickectT2.class) {/*比较标准的写法*/
if(tickets > 0){
 //6.添加线程休眠，暴露问题
  try {
    Thread.sleep(10);//让线
程休眠，增加线程状态切换的频率
  } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
    }
    //4.1打印当前正在售票的线程名与票数-1
   System.out.println(getName() 
+ "=" + tickets--);
                }
                //4.2给程序设置一个出
口，没有票的时候就停止卖票
                if (tickets <= 0) break;
            }
        }
    }
}

注意:如果是继承的方式的话,锁对象最好用"类名.class",否则创建自定义线程类多个对象时,无法保证锁的唯一

7.5 之前遇到过的同步例子

StringBuffer JDK1.0

加了synchronized ,性能相对较低(要排队,同步),安全性高

StringBuilder JDK1.5

去掉了synchronized,性能更高(不排队,异步),存在安全隐患

8 线程创建的其他方式

8.1 ExecutorService/Executors

ExecutorService:用来存储线程的池子,把新建线程/启动线程/关闭线程的任务都交给池来管理

execute(Runnable任务对象) 把任务丢到线程池

Executors 辅助创建线程池的工具类

newFixedThreadPool(int nThreads) 最多n个线程的线程池

newCachedThreadPool() 足够多的线程,使任务不必等待

newSingleThreadExecutor() 只有一个线程的线程池

8.2 练习:线程的其他创建方式

public class TestRunnableV2 {
public static void main(String[] args)
//5.创建接口实现类对象作为
目标对象(目标对象就是要做的业务)
		SaleTicketsV2 target
 = new SaleTicketsV2();
	//6.将目标对象与Thread线程对象绑定
//	Thread t1 = new Thread(target);
//	hread t2 = new Thread(target);
//	Thread t3 = new Thread(target);
//	Thread t4 = new Thread(target);
		//7.以多线程的方式启动线程--会将
线程由新建状态变为就绪状态
**1.如果只创建了一个线程对象,是单
线程场景,不会出现数据问题*/
//		t1.start();
//		t2.start();
//		t3.start();
//		t4.start();
	/**7.线程池ExecutorService:用来存
储线程的池子,把新建线程/启动线程/关
闭线程的任务都交给池来管理*/
		/**8.Executors用来辅助创建
线程池对象,newFixedThreadPool
()创建具有参数个数的线程数的线程池*/
		ExecutorService pool = 
Executors.newFixedThreadPool(5);
		for(int i = 0;i<5;i++) {
	/**9.excute()让线程池
中的线程来执行任务,每
次调用都会启动一个线程*/
		pool.execute(target);
本方法的参数就是执行
的业务,也就是实现类的目标对象
		}
	}