Java中的 “线程“

课程目标

1. 【了解】什么是并发与并行
2. 【理解】什么是线程与进程
3. 【掌握】多线程的创建
4. 【理解】Thread与Runnable之间的区别
5. 【熟悉】Thread类中的方法
6. 【理解】线程的状态
7. 【掌握】线程安全的解决方法
8. 【理解】什么是死锁

多线程概述

并发与并行

• 什么是并发

  指两个或多个事件在同一个时间段内发生。

• 什么是并行

  指两个或多个事件在同一时刻发生（同时发生）。

在操作系统中，安装了多个程序，并发指的是在一段时间内宏观上有多个程序同时运行，这在单 CPU 系统中，每一时刻只能有一道程序执行，即微观上这些程序是分时的交替运行，只不过是给人的感觉是同时运行，那是因为分时交替运行的时间是非常短的。

而在多个 CPU 系统中，则这些可以并发执行的程序便可以分配到多个处理器上（CPU），实现多任务并行执行，即利用每个处理器来处理一个可以并发执行的程序，这样多个程序便可以同时执行。目前电脑市场上说的多核 CPU，便是多核处理器，核 越多，并行处理的程序越多，能大大的提高电脑运行的效率。

• 注意事项

  单核处理器的计算机肯定是不能并行的处理多个任务的，只能是多个任务在单个CPU上并发运行。同理,线程也是一样的，从宏观角度上理解线程是并行运行的，但是从微观角度上分析却是串行运行的，即一个线程一个线程的去运行，当系统只有一个CPU时，线程会以某种顺序执行多个线程，我们把这种情况称之为线程调度。

线程与进程

Java中的线程和进程是操作系统中的两个核心概念，它们之间有以下关系：
进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是程序执行的最小单位。一个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的内存空间和其他资源。
在Java中，每个进程都至少有一个主线程（也称为主进程或者main线程），当主线程启动时，它会创建一个Java虚拟机（JVM）进程。主线程可以创建其他线程，这些线程与主线程运行在同一个进程中，共享进程的资源。
线程和进程之间的切换成本不同。由于线程共享进程的内存空间，因此线程之间的切换成本较低，这也是多线程编程相对于多进程编程的一个优势。而进程之间的切换成本很高，因为进程之间需要通过IPC（Inter-Process Communication，进程间通信）机制来交换数据和信息。
线程之间可以通过共享内存的方式进行通信和同步，这也是Java中多线程编程的基础。而进程之间需要使用IPC机制才能进行通信和同步。
总的来说，线程和进程是操作系统中的两个非常重要的概念，它们之间有着密切的关系。在Java中，线程和进程的关系可以简单地描述为一个进程至少包含一个主线程，并且可以包含多个子线程，这些线程共享进程的内存空间和其他资源。

• 进程

  概述：

  是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有一个独立的内存空间，一个应用程序可以同时运行多个进程；进程也是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位；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。

  什么是进程?

  ? 通过任务管理器我们就看到了进程的存在。

  ? 而通过观察，我们发现只有运行的程序才会出现进程。

  ? 进程：就是正在运行的程序。

  ? 进程是系统进行资源分配和调用的独立单位。每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源。

  多进程有什么意义呢?

  ? 单进程的计算机只能做一件事情（如：cmd 窗口），而我们现在的计算机都可以做多件事情。

  ? 举例：一边玩游戏(游戏进程)，一边听音乐(音乐进程)。

  ? 也就是说现在的计算机都是支持多进程的，可以在一个时间段内执行多个任务。

  ? 并且呢，可以提高CPU的使用率。

  ?

  ? 问题：

  ? 一边玩游戏，一边听音乐是同时进行的吗?

  ? 不是。因为单CPU在某一个时间点上只能做一件事情。

  ? 而我们在玩游戏，或者听音乐的时候，是CPU在做着程序间的高效切换让我们觉得是同时进行的。

• 线程

  概述：

  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。

  什么是线程呢?

  ? 在同一个进程内又可以执行多个任务，而这每一个任务我就可以看出是一个线程。

  ? 线程：是程序的执行单元，执行路径。是程序使用CPU的最基本单位。

  ? 单线程：如果程序只有一条执行路径。

  ? 多线程：如果程序有多条执行路径。

  ? 线程是进程是最基本的执行单位

  多线程有什么意义呢?

  ? 多线程的存在，不是提高程序的执行速度。其实是为了提高应用程序的使用率。

  ? 程序的执行其实都是在抢CPU的资源，CPU的执行权。

  ? 多个进程是在抢这个资源，而其中的某一个进程如果执行路径（线程）比较多，就会有更高的几率抢到CPU的 执行权。

  ? 我们是不敢保证哪一个线程能够在哪个时刻抢到，所以线程的执行有随机性。

  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

线程调度:

• 分时调度

  所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间。

• 抢占式调度

  优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个(线程随机性)，Java使用的为抢占式调度。

  • 设置线程的优先级

• 抢占式调度详解

  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程序。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。此时，这些程序是在同时运行，”感觉这些软件好像在同一时刻运行着“。

  实际上，CPU(中央处理器)使用抢占式调度模式在多个线程间进行着高速的切换。对于CPU的一个核而言，某个时刻，只能执行一个线程，而 CPU的在多个线程间切换速度相对我们的感觉要快，看上去就是在同一时刻运行。
  其实，多线程程序并不能提高程序的运行速度，但能够提高程序运行效率，让CPU的使用率更高。

多线程创建

Java使用java.lang.Thread类代表线程，所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。每个线程的作用是完成一定的任务，实际上就是执行一段程序流即一段顺序执行的代码。Java使用线程执行体来代表这段程序流。

继承Thread类

• 继承Thread类创建并启动多线程的步骤如下：

  1. 定义Thread类的子类，并重写该类的run()方法，该run()方法的方法体就代表了线程需要完成的任务,因此把run()方法称为线程执行体。

  2. 创建Thread子类的实例，即创建了线程对象

  3. 调用线程对象的start()方法来启动该线程

• 定义线程类

  public class MyThread extends Thread {
       
  	/**
  	 * 重写run方法，完成该线程执行的逻辑
  	 */
  	@Override
  	public void run() {
       
  		for (int i = 0; i < 10; i++) {
       
  			System.out.println("HelloWolrd!"+i);
  		}
  	}
  }
  

• 测试类

  public class Demo01 {
       
      public static void main(String[] args) {
       
          // MyThread my = new MyThread();
          //这不是启动线程，相当于调了run()方法，只是普通调用
          // my.run();
          // my.run();
  
          //IllegalThreadStateException 非法的线程态态异常
          //为什么呢？ 因为你启动两次，并不是两个线程
          // my.start();
          // my.start();
  
          MyThread my = new MyThread();
          MyThread my2 = new MyThread();
          my.start();
          my2.start();
      }
  }
  

获取名字和设置名字

public class MyThread extends Thread{
   
    @Override
    public void run() {
   
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
   
            System.out.println(getName()+" : "+i);
        }
    }
}

    public static void main(String[] args) {
   
        MyThread my = new MyThread();
        MyThread my2 = new MyThread();

        my.setName("jack");
        my2.setName("rose");

        my.start();
        my2.start();

    }

实现Runnable接口

采用 java.lang.Runnable 也是非常常见的一种，我们只需要重写run方法即可。

• 实现Runnable接口创建并启动多线程的步骤如下：

  1.定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法，该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。

  2.创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。

  3.调用线程对象的start()方法来启动线程。

• Runnable接口

  public class MyRunnable implements Runnable {
       
      @Override
      public void run() {
       
          for (int i = 0; i < 100; i++) {
       
              System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : "+i);
          }
      }
  }
  

• 测试类

      public static void main(String[] args) {
       
          MyRunnable my = new MyRunnable();
          //起名字方式1
          // Thread t1 = new Thread(my,"jack");
          // Thread t2 = new Thread(my,"rose");
  
          Thread t1 = new Thread(my);
          Thread t2 = new Thread(my);
  
          //起名字方式2
          t1.setName("jack");
          t2.setName("rose");
  
          //启动线程
          t1.start();
          t2.start();
      }
  

  通过实现Runnable接口，使得该类有了多线程类的特征。run()方法是多线程程序的一个执行目标。所有的多线程

  代码都在run方法里面。Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。

  在启动的多线程的时候，需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnabletarget)构造出对象，然后调用Thread

  对象的start()方法来运行多线程代码。

  实际上所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此，不管是继承Thread类还是实现

  Runnable接口来实现多线程，最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的，熟悉Thread类的API是进行多线程

  编程的基础。

Thread和Runnable的区别

public class ThreadTest1 implements Runnable {
   

    private int num = 10;

    @Override
    public void run() {
   
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
   
            if (num > 0) {
   
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行结果：" + (num--));
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
   
        ThreadTest1 t1 = new</