1.多线程
1.1.多线程介绍
学习多线程之前，我们先要了解几个关于多线程有关的概念。
进程：正在运行的程序。确切的来说，当一个程序进入内存运行，即变成一个进程，进程是处于运行过程中的程序，并且具有一定独立功能，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。进程是正在运行的程序，进程负责给程序分配内存空间，而每一个进程都是由程序代码组成的，这些代码在进程中执行的流程就是线程。
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。
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，但至少有一个线程。什么是多线程呢？即就是一个程序中有多个线程在同时执行。
1.2.多线程运行原理
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任务。比如：现在我们上课一边使用编辑器，一边使用录屏软件，同时还开着画图板，dos窗口等软件。感觉这些软件好像在同时运行着。
其实这些软件在某一时刻，只会运行一个进程。这是为什么呢？这是由于CPU(中央处理器)在做着高速的切换而导致的。对于CPU而言，它在某个时间点上，只能执行一个程序，即就是说只能运行一个进程，CPU不断地在这些进程之间切换。只是我们自己感觉不到。为什么我们会感觉不到呢?这是因为CPU的执行速度相对我们的感觉实在太快了，虽然CPU在多个进程之间轮换执行，但我们自己感到好像多个进程在同时执行。
多线程真的能提高效率吗？其实并不是这样的，因为我们知道，CPU会在多个进程之间做着切换，如果我们开启的程序过多，CPU切换到每一个进程的时间也会变长，我们也会感觉机器运行变慢。所以合理的使用多线程可以提高效率，但是大量使用，并不能给我们带来效率上的提高。
1.3.主线程
回想我们以前学习中写过的代码，当我们在dos命令行中输入java空格类名回车后，启动JVM，并且加载对应的class文件。虚拟机并会从main方法开始执行我们的程序代码，一直把main方法的代码执行结束。如果在执行过程遇到循环时间比较长的代码，那么在循环之后的其他代码是不会被执行的。如下代码演示：
1 class Demo 2 { 3 String name; 4 Demo(String name) 5 { 6 this.name = name; 7 } 8 void show() 9 { 10 for (int i=1;i<=20 ;i++ ) 11 { 12 System.out.println("name="+name+",i="+i); 13 } 14 } 15 } 16 class ThreadDemo 17 { 18 public static void main(String[] args) 19 { 20 Demo d = new Demo("小强"); 21 Demo d2 = new Demo("旺财"); 22 d.show(); 23 d2.show(); 24 System.out.println("Hello World!"); 25 } 26 }
若在上述代码中show方法中的循环执行次数很多，这时书写在d.show();下面的代码是不会执行的，并且在dos窗口会看到不停的输出name=小强,i=值，这样的语句。为什么会这样呢？
原因是：jvm启动后，必然有一个执行路径(线程)从main方法开始的。一直执行到main方法结束。这个线程在java中称之为主线程。当主线程在这个程序中执行时，如果遇到了循环而导致程序在指定位置停留时间过长，无法执行下面的程序。
可不可以实现一个主线程负责执行其中一个循环，由另一个线程负责其他代码的执行。实现多部分代码同时执行。这就是多线程技术可以解决的问题。
1.4.如何创建线程
1.4.1.创建线程方式一：继承Thread类
该如何创建线程呢？通过API中的英文Thread的搜索，查到Thread类。通过阅读Thread类中的描述。创建新执行线程有两种方法。一种方法是将类声明为 Thread 的子类。该子类应重写 Thread 类的 run 方法。接下来可以分配并启动该子类的实例。
创建线程的步骤：
1. 定义一个类继承Thread。
2. 重写run方法。
3. 创建子类对象，就是创建线程对象。
4. 调用start方法，开启线程并让线程执行，同时还会告诉jvm去调用run方法。
1 class Demo extends Thread //继承Thread 2 { 3 String name; 4 Demo(String name) 5 { 6 this.name = name; 7 } 8 //复写其中的run方法 9 public void run() 10 { 11 for (int i=1;i<=20 ;i++ ) 12 { 13 System.out.println("name="+name+",i="+i); 14 } 15 } 16 } 17 class ThreadDemo 18 { 19 public static void main(String[] args) 20 { 21 //创建两个线程任务 22 Demo d = new Demo("小强"); 23 Demo d2 = new Demo("旺财"); 24 //d.run(); 这里仍然是主线程在调用run方法，并没有开启两个线程 25 //d2.run(); 26 d2.start();//开启一个线程 27 d.run();//主线程在调用run方法 28 } 29 }
打印部分结果：由于多线程操作，输出数据会有所不同
name=旺财,i=1
name=小强,i=1
name=旺财,i=2
name=小强,i=2
name=小强,i=3
name=旺财,i=3
name=旺财,i=4
name=旺财,i=5
name=旺财,i=6
name=旺财,i=7
..........
思考：线程对象调用 run方法和调用start方法区别？
线程对象调用run方法不开启线程。仅是对象调用方法。线程对象调用start开启线程，并让jvm调用run方法在开启的线程中执行。
1.4.2.继承Thread类原理
为什么要继承Thread类，并调用其的start方法才能开启线程呢？
继承Thread类：因为Thread类描述线程事物，具备线程应该有功能。
那为什么不直接创建Thread类的对象呢？
1 Thread t1 = new Thread(); 2 t1.start();//这样做没有错，但是该start调用的是Thread类中的run方法，而这个run方法没有做什么事情，更重要的是这个run方法中并没有定义我们需要让线程执行的代码。
创建线程的目的是什么？
是为了建立单独的执行路径，让多部分代码实现同时执行。也就是说线程创建并执行需要给定的代码(线程的任务)。对于之前所讲的主线程，它的任务定义在main函数中。自定义线程需要执行的任务都定义在run方法中。Thread类中的run方法内部的任务并不是我们所需要，只有重写这个run方法，既然Thread类已经定义了线程任务的位置，只要在位置中定义任务代码即可。所以进行了重写run方法动作。
1.5.多线程的内存图解
多线程执行时，到底在内存中是如何运行的呢？
以上个程序为例，进行图解说明：
多线程执行时，在栈内存中，其实每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间。进行方法的压栈和弹栈。
当执行线程的任务结束了，线程自动在栈内存中释放了。但是当所有的执行线程都结束了，那么进程就结束了。
1.6.获取线程名称
开启的线程都会有自己的独立运行栈内存，那么这些运行的线程的名字是什么呢？该如何获取呢？既然是线程的名字，按照面向对象的特点，是哪个对象的属性和谁的功能，那么我们就去找那个对象就可以了。查阅Thread类的API文档发现有个方法是获取当前正在运行的线程对象。还有个方法是获取当前线程对象的名称。既然找到了，我们就可以试试。
Thread.currentThread()获取当前线程对象
Thread.currentThread().getName();获取当前线程对象的名称
1 class Demo extends Thread //继承Thread 2 { 3 String name; 4 Demo(String name) 5 { 6 this.name = name; 7 } 8 //复写其中的run方法 9 public void run() 10 { 11 for (int i=1;i<=20 ;i++ ) 12 { 13 System.out.println("name="+name+","+Thread.currentThread().getName()+",i="+i); 14 } 15 } 16 } 17 class ThreadDemo 18 { 19 public static void main(String[] args) 20 { 21 //创建两个线程任务 22 Demo d = new Demo("小强"); 23 Demo d2 = new Demo("旺财"); 24 d2.start();//开启一个线程 25 d.run();//主线程在调用run方法 26 } 27 }
原来主线程的名称： main
自定义的线程： Thread-0 线程多个时，数字顺延。Thread-1......
进行多线程编程时不要忘记了Java程序运行时从主线程开始，main方法的方法体就是主线程的线程执行体。
1.7.创建线程的第二种方式
掌握了如何创建线程对象，以及开启线程后，记得在查阅API时，还说了有第二种开启线程的方式，那么第二种是什么呢？
1.7.1.实现Runnable接口
继续查看API发现，创建线程的另一种方法是声明实现 Runnable 接口的类。该类然后实现 run 方法。然后可以分配该类的实例，在创建 Thread 时作为一个参数来传递并启动。
怎么还要实现Runnable接口，Runable是啥玩意呢？继续API搜索。
查看Runnable接口说明文档：Runnable 接口应该由那些打算通过某一线程执行其实例的类来实现。类必须定义一个称为 run 的无参数方法。
总结：
创建线程的第二种方式：实现Runnable接口。
1、定义类实现Runnable接口。
2、覆盖接口中的run方法。。
3、创建Thread类的对象
4、将Runnable接口的子类对象作为参数传递给Thread类的构造函数。
5、调用Thread类的start方法开启线程。
1 代码演示： 2 class Demo implements Runnable 3 { 4 private String name; 5 Demo(String name) 6 { 7 this.name = name; 8 } 9 //覆盖了接口Runnable中的run方法。 10 public void run() 11 { 12 for(int i=1; i<=20; i++) 13 { System.out.println("name="+name+"..."+Thread.currentThread().getName()+"..."+i); 14 } 15 } 16 } 17 class ThreadDemo2 18 { 19 public static void main(String[] args) 20 { 21 //创建Runnable子类的对象。注意它并不是线程对象。 22 Demo d = new Demo("Demo"); 23 //创建Thread类的对象，将Runnable接口的子类对象作为参数传递给Thread类的构造函数。 24 Thread t1 = new Thread(d); 25 Thread t2 = new Thread(d); 26 //将线程启动。 27 t1.start(); 28 t2.start(); 29 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"----->"); 30 System.out.println("Hello World!"); 31 } 32 }
输出结果：
1.7.2.实现Runnable的原理
为什么需要定一个类去实现Runnable接口呢？继承Thread类和实现Runnable接口有啥区别呢？
实现Runnable接口，避免了继承Thread类的单继承局限性。覆盖Runnable接口中的run方法，将线程任务代码定义到run方法中。创建Thread类的对象，只有创建Thread类的对象才可以创建线程。线程任务已被封装到Runnable接口的run方法中，而这个run方法所属于Runnable接口的子类对象，所以将这个子类对象作为参数传递给Thread的构造函数，这样，线程对象创建时就可以明确要运行的线程的任务。
1.7.3.实现Runnable的好处
第二种方式实现Runnable接口避免了单继承的局限性，所以较为常用。实现Runnable接口的方式，更加的符合面向对象，线程分为两部分，一部分线程对象，一部分线程任务。继承Thread类，线程对象和线程任务耦合在一起。一旦创建Thread类的子类对象，既是线程对象，有又有线程任务。实现runnable接口，将线程任务单独分离出来封装成对象，类型就是Runnable接口类型。Runnable接口对线程对象和线程任务进行解耦。
1.8.线程状态图
查阅API关于IllegalThreadStateException这个异常说明信息发现，这个异常的描述信息为：指示线程没有处于请求操作所要求的适当状态时抛出的异常。这里面说适当的状态，啥意思呢？难道是说线程还有状态吗？
1、新建（new）：线程对象被创建后就进入了新建状态。如：Thread thread = new Thread();
2、就绪状态（Runnable）：也被称为“可执行状态”。线程对象被创建后，其他线程调用了该对象的start()方法，从而启动该线程。如：thread.start(); 处于就绪状态的线程随时可能被CPU调度执行。
3、运行状态（Running）：线程获取CPU权限进行执行。需要注意的是，线程只能从就绪状态进入到运行状态。
4、阻塞状态（Blocked）：阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权限，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会进入运行状态。阻塞的三种情况：
1）等待阻塞：通过调用线程的wait()方法，让线程等待某工作的完成。
2）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。
3）其他阻塞：通过调用线程的sleep()或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）：线程执行完了或因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。
1.8.1.sleep,wait,yield,join的区别
1.sleep()方法
在指定时间内让当前正在执行的线程暂停执行，但不会释放“锁标志”。不推荐使用。
sleep()使当前线程进入阻塞状态，在指定时间内不会执行。
2.wait()方法
在其他线程调用对象的notify或notifyAll方法前，导致当前线程等待。线程会释放掉它所占有的“锁标志”，从而使别的线程有机会抢占该锁。
当前线程必须拥有当前对象锁。如果当前线程不是此锁的拥有者，会抛出IllegalMonitorStateException异常。
唤醒当前对象锁的等待线程使用notify或notifyAll方法，也必须拥有相同的对象锁，否则也会抛出IllegalMonitorStateException异常。
waite()和notify()必须在synchronized函数或synchronized block中进行调用。如果在non-synchronized函数或non-synchronized block中进行调用，虽然能编译通过，但在运行时会发生IllegalMonitorStateException的异常。
3.yield方法
暂停当前正在执行的线程对象。
yield()只是使当前线程重新回到可执行状态，所以执行yield()的线程有可能在进入到可执行状态后马上又被执行。
yield()只能使同优先级或更高优先级的线程有执行的机会。
调用yield方法并不会让线程进入阻塞状态，而是让线程重回就绪状态，它只需要等待重新获取CPU执行时间，这一点是和sleep方法不一样的。
4.join方法
等待该线程终止。
等待调用join方法的线程结束，再继续执行。如：t.join();//主要用于等待t线程运行结束，若无此句，main则会执行完毕，导致结果不可预测
1.9.线程的安全问题
带女朋友看电影，需要买票，电影院要卖票，模拟电影院的买票操作
假设我们想要的电影是 “功夫熊猫3”，本次电影的座位共100个(本厂电影只能卖100张票)
模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “功夫熊猫3”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
需要票：Runnable接口子类来模拟
1 public class ThreadDemo { 2 public static void main(String[] args) { 3 //创建票对象 4 Ticket ticket = new Ticket(); 5 6 //创建3个窗口 7 Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1"); 8 Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2"); 9 Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3"); 10 11 t1.start(); 12 t2.start(); 13 t3.start(); 14 } 15 } 16 17 public class Ticket implements Runnable { 18 //共100票 19 int ticket = 100; 20 21 @Override 22 public void run() { 23 //模拟卖票 24 while(true){ 25 //t1,t2,t3 26 if (ticket > 0) { 27 //模拟选坐的操作 28 try { 29 Thread.sleep(1); 30 } catch (InterruptedException e) { 31 e.printStackTrace(); 32 } 33 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); 34 } 35 } 36 } 37 }
总结：上面程序出新了问题
票出现了重复的票
错误的票 0
1.10.同步的锁
同步代码块: 在代码块声明上 加上synchronized
1 synchronized (锁对象) { 2 可能会产生线程安全问题的代码 3 }
同步代码块中的锁对象可以是任意的对象，多个线程对象使用的是同一个锁对象
把Ticket.java进行了代码修改
1 public class Ticket implements Runnable { 2 //共100票 3 int ticket = 100; 4 5 //定义所对象 6 Object lock = new Object(); 7 @Override 8 public void run() { 9 //模拟卖票 10 while(true){ 11 //同步代码块 12 synchronized (lock){ 13 if (ticket > 0) { 14 //模拟选坐的操作 15 try { 16 Thread.sleep(10); 17 } catch (InterruptedException e) { 18 e.printStackTrace(); 19 } 20 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); 21 } 22 } 23 } 24 } 25 }
当使用了同步代码块后，上述的线程的安全问题，解决了。
同步方法：在方法声明上加上synchronized
1 public synchronized void method(){ 2 3 可能会产生线程安全问题的代码 4 5 }
同步方法中的锁对象是 this
1 //同步方法,锁对象this 2 public synchronized void method(){ 3 //this.name = name; 4 if (ticket > 0) { 5 //模拟选坐的操作 6 try { 7 Thread.sleep(10); 8 } catch (InterruptedException e) { 9 e.printStackTrace(); 10 } 11 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); 12 } 13 }
静态同步方法: 在方法声明上加上synchronized
1 public static synchronized void method(){ 2 可能会产生线程安全问题的代码 3 }
1.11.死锁
同步锁的另一个弊端：当线程任务中出现了多个同步(多个锁)时，如果同步中嵌套了其他的同步。这时容易引发一种现象：死锁。这种情况能避免就避免掉。
1 synchronzied(A锁){ 2 synchronized(B锁){ 3 4 } 5 }
1 /* 2 * 定义锁对象 3 */ 4 public class MyLock { 5 public static final Object lockA = new Object(); 6 public static final Object lockB = new Object(); 7 } 8 9 /* 10 * 线程任务类 11 */ 12 public class ThreadTask implements Runnable { 13 14 int x = new Random().nextInt(1);//0,1 15 16 //指定线程要执行的任务代码 17 @Override 18 public void run() { 19 while(true){ 20 if (x%2 ==0) { 21 //情况一 22 synchronized (MyLock.lockA) { 23 System.out.println("if-LockA"); 24 synchronized (MyLock.lockB) { 25 System.out.println("if-LockB"); 26 System.out.println("if大口吃肉"); 27 } 28 } 29 } else { 30 //情况二 31 synchronized (MyLock.lockB) { 32 System.out.println("else-LockB"); 33 synchronized (MyLock.lockA) { 34 System.out.println("else-LockA"); 35 System.out.println("else大口吃肉"); 36 } 37 } 38 } 39 x++; 40 } 41 } 42 } 43 44 public class ThreadDemo { 45 public static void main(String[] args) { 46 //创建线程任务类对象 47 ThreadTask task = new ThreadTask(); 48 49 //创建两个线程 50 Thread t1 = new Thread(task); 51 Thread t2 = new Thread(task); 52 53 //启动线程 54 t1.start(); 55 t2.start(); 56 } 57 }
1.12.Lock接口
查阅API，发现Lock接口，比同步更厉害，有更多操作；
lock():获取锁
unlock():释放锁；
提供了一个更加面对对象的锁，在该锁中提供了更多的显示的锁操作。使用Lock接口，以及其中的lock()方法和unlock()方法替代同步。
如下代码演示：
1 public class Ticket implements Runnable { 2 //共100票 3 int ticket = 100; 4 5 //创建Lock锁对象 6 Lock ck = new ReentrantLock(); 7 8 @Override 9 public void run() { 10 //模拟卖票 11 while(true){ 12 //synchronized (lock){ 13 ck.lock(); 14 if (ticket > 0) { 15 //模拟选坐的操作 16 try { 17 Thread.sleep(10); 18 } catch (InterruptedException e) { 19 e.printStackTrace(); 20 } 21 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); 22 } 23 ck.unlock(); 24 //} 25 } 26 } 27 }
1.13.线程的匿名内部类的使用
1 方式1 2 new Thread() { 3 public void run() { 4 for (int x = 0; x < 40; x++) { 5 System.out.println(Thread.currentThread().getName() 6 + "...X...." + x); 7 } 8 } 9 }.start(); 10 11 方式2 12 Runnable r = new Runnable() { 13 public void run() { 14 for (int x = 0; x < 40; x++) { 15 System.out.println(Thread.currentThread().getName() 16 + "...Y...." + x); 17 } 18 } 19 }; 20 new Thread(r).start();
2.多线程文件上传
实现服务器端可以同时接收多个客户端上传的文件。 我们要修改服务器端代码
1 /* 2 * 文件上传 服务器端 3 * 4 */ 5 public class TCPServer { 6 public static void main(String[] args) throws IOException { 7 //1,创建服务器，等待客户端连接 8 ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666); 9 10 //实现多个客户端连接服务器的操作 11 while(true){ 12 final Socket clientSocket = serverSocket.accept(); 13 //启动线程，完成与当前客户端的数据交互过程 14 new Thread(){ 15 public void run() { 16 try{ 17 //显示哪个客户端Socket连接上了服务器 18 InetAddress ipObject = clientSocket.getInetAddress();//得到IP地址对象 19 String ip = ipObject.getHostAddress(); //得到IP地址字符串 20 System.out.println("小样，抓到你了，连接我！！" + "IP:" + ip); 21 22 //7,获取Socket的输入流 23 InputStream in = clientSocket.getInputStream(); 24 //8,创建目的地的字节输出流 D:\\upload\\192.168.74.58(1).jpg 25 BufferedOutputStream fileOut = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("D:\\upload\\"+ip+"("+System.currentTimeMillis()+").jpg")); 26 //9,把Socket输入流中的数据，写入目的地的字节输出流中 27 byte[] buffer = new byte[1024]; 28 int len = -1; 29 while((len = in.read(buffer)) != -1){ 30 //写入目的地的字节输出流中 31 fileOut.write(buffer, 0, len); 32 } 33 34 //-----------------反馈信息--------------------- 35 //10,获取Socket的输出流, 作用：写反馈信息给客户端 36 OutputStream out = clientSocket.getOutputStream(); 37 //11,写反馈信息给客户端 38 out.write("图片上传成功".getBytes()); 39 40 out.close(); 41 fileOut.close(); 42 in.close(); 43 clientSocket.close(); 44 } catch(IOException e){ 45 e.printStackTrace(); 46 } 47 }; 48 }.start(); 49 } 50 51 //serverSocket.close(); 52 } 53 }
3.总结
创建线程的方式
方式1，继承Thread线程类
步骤
1， 自定义类继承Thread类
2， 在自定义类中重写Thread类的run方法
3， 创建自定义类对象(线程对象)
4， 调用start方法，启动线程，通过JVM，调用线程中的run方法
方式2，实现Runnable接口
步骤
1， 创建线程任务类 实现Runnable接口
2， 在线程任务类中 重写接口中的run方法
3， 创建线程任务类对象
4， 创建线程对象，把线程任务类对象作为Thread类构造方法的参数使用
5， 调用start方法，启动线程，通过JVM，调用线程任务类中的run方法
同步锁
多个线程想保证线程安全，必须要使用同一个锁对象
A.同步代码块
1 synchronized (锁对象){ 2 可能产生线程安全问题的代码 3 }
同步代码块的锁对象可以是任意的对象
B.同步方法
1 public synchronized void method() 2 可能产生线程安全问题的代码 3 }
同步方法中的锁对象是 this
C.静态同步方法
1 public synchronized void method() 2 可能产生线程安全问题的代码 3 }
静态同步方法中的锁对象是 类名.class
参考：
java编程思想
黑马教学视频
https://www.cnblogs.com/huangzhe1515023110/p/9276097.html
https://blog.csdn.net/qq_38545713/article/details/79778930