一、线程的基本概念

一个线程就是在进程中的一个单一的顺序控制流.

而单个进程可以拥有多个并发执行的任务，每个任务都好像有自己的CPU一样，而其底层的机制就是切分CPU的时间，也就是CPU将轮流给每个任务分配其占用时间。
每个任务都觉得自己在一直占用CPU，而事实上是将CPU时间划分成片段分配给所有的任务。
在多个CPU的环境下，多线程的运作，可以极大的提供程序的运行速度，这就是线程存在的意义。

二、线程的实现方式

1、定义线程

• 扩展java.lang.Thread类。

此类中有个run()方法，应该注意其用法：

public 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；否则，该方法不执行任何操作并返回。

Thread的子类应该重写该方法。

• 实现java.lang.Runnable接口。

void run()

使用实现接口Runnable的对象创建一个线程时，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。

方法run的常规协定是，它可能执行任何所需的操作。
2.实例化线程

1、如果是扩展java.lang.Thread类的线程，则直接new即可。
2、如果是实现了java.lang.Runnable接口的类，则用Thread的构造方法：
Thread(Runnable target)
Thread(Runnable target, String name)
Thread(ThreadGroup group, Runnable target)
Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name)
Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name, long stackSize)
3.启动线程 调用start()方法

三.线程的状态

1. 初始(NEW)：新创建了一个线程对象，但还没有调用start()方法。
2. 运行(RUNNABLE)：Java线程中将就绪（ready）和运行中（running）两种状态笼统的成为“运行”。
   线程对象创建后，其他线程(比如main线程）调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，等待被线程调度选中，获取cpu 的使用权，此时处于就绪状态（ready）。就绪状态的线程在获得cpu 时间片后变为运行中状态（running）。
3. 阻塞(BLOCKED)：表线程阻塞于锁。
4. 等待(WAITING)：进入该状态的线程需要等待其他线程做出一些特定动作（通知或中断）。
5. 超时等待(TIME_WAITING)：该状态不同于WAITING，它可以在指定的时间内自行返回。
6. 终止(TERMINATED)：表示该线程已经执行完毕。

常用方法介绍
1、sleep()
使当前线程（即调用该方法的线程）暂停执行一段时间，让其他线程有机会继续执行，但它并不释放对象锁。也就是说如果有synchronized同步快，其他线程仍然不能访问共享数据。注意该方法要捕捉异常。

例如有两个线程同时执行(没有synchronized)一个线程优先级为MAX_PRIORITY，另一个为MIN_PRIORITY，如果没有Sleep()方法，只有高优先级的线程执行完毕后，低优先级的线程才能够执行；但是高优先级的线程sleep(500)后，低优先级就有机会执行了。
总之，sleep()可以使低优先级的线程得到执行的机会，当然也可以让同优先级、高优先级的线程有执行的机会。

2、join()
join()方法使调用该方法的线程在此之前执行完毕，也就是等待该方法的线程执行完毕后再往下继续执行。注意该方法也需要捕捉异常。
thread.join把指定的线程加入到当前线程，可以将两个交替执行的线程合并为顺序执行的线程。比如在线程B中调用了线程A的Join()方法，直到线程A执行完毕后，才会继续执行线程B。
3、yield()

该方法与sleep()类似，只是不能由用户指定暂停多长时间，并且yield（）方法只能让同优先级的线程有执行的机会。

4、wait()和notify()、notifyAll()
这三个方法用于协调多个线程对共享数据的存取，所以必须在synchronized语句块内使用。synchronized关键字用于保护共享数据，阻止其他线程对共享数据的存取，但是这样程序的流程就很不灵活了，如何才能在当前线程还没退出synchronized数据块时让其他线程也有机会访问共享数据呢？此时就用这三个方法来灵活控制。

wait()方法使当前线程暂停执行并释放对象锁标示，让其他线程可以进入synchronized数据块，当前线程被放入对象等待池中。当调用notify()方法后，将从对象的等待池中移走一个任意的线程并放到锁标志等待池中，只有锁标志等待池中线程能够获取锁标志；如果锁标志等待池中没有线程，则notify()不起作用。

notifyAll()则从对象等待池中移走所有等待那个对象的线程并放到锁标志等待池中。

四.线程同步

为何要使用同步？
java允许多线程并发控制，当多个线程同时操作一个可共享的资源变量时（如数据的增删改查），
将会导致数据不准确，相互之间产生冲突，因此加入同步锁以避免在该线程没有完成操作之前，被其他线程的调用，
从而保证了该变量的唯一性和准确性。

1.同步方法
即有synchronized关键字修饰的方法。
由于java的每个对象都有一个内置锁，当用此关键字修饰方法时，
内置锁会保护整个方法。在调用该方法前，需要获得内置锁，否则就处于阻塞状态。

代码如： 
public synchronized void save(){}

注： synchronized关键字也可以修饰静态方法，此时如果调用该静态方法，将会锁住整个类

2.同步代码块
即有synchronized关键字修饰的语句块。
被该关键字修饰的语句块会自动被加上内置锁，从而实现同步

代码如： 
synchronized(object){ 
}
注：同步是一种高开销的操作，因此应该尽量减少同步的内容。 
通常没有必要同步整个方法，使用synchronized代码块同步关键代码即可。 

代码实例： 

package com.xhj.thread;
    /**
     * 线程同步的运用
     * 
     * @author XIEHEJUN
     * 
     */
    public class SynchronizedThread {

        class Bank {
            private int account = 100;
            public int getAccount() {
                return account;
            }
            /**
             * 用同步方法实现
             * 
             * @param money
             */
            public synchronized void save(int money) {
                account += money;
            }

            /**
             * 用同步代码块实现
             * 
             * @param money
             */
            public void save1(int money) {
                synchronized (this) {
                    account += money;
                }
            }
        }

        class NewThread implements Runnable {
            private Bank bank;

            public NewThread(Bank bank) {
                this.bank = bank;
            }

            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    // bank.save1(10);
                    bank.save(10);
                    System.out.println(i + "账户余额为：" + bank.getAccount());
                }
            }

        }

        /**
         * 建立线程，调用内部类
         */
        public void useThread() {
            Bank bank = new Bank();
            NewThread new_thread = new NewThread(bank);
            System.out.println("线程1");
            Thread thread1 = new Thread(new_thread);
            thread1.start();
            System.out.println("线程2");
            Thread thread2 = new Thread(new_thread);
            thread2.start();
        }

        public static void main(String[] args) {
            SynchronizedThread st = new SynchronizedThread();
            st.useThread();
        }

    }

3.使用特殊域变量(volatile)实现线程同步

a.volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制， 
b.使用volatile修饰域相当于告诉虚拟机该域可能会被其他线程更新， 
c.因此每次使用该域就要重新计算，而不是使用寄存器中的值 
d.volatile不会提供任何原子操作，它也不能用来修饰final类型的变量 

例如： 
    在上面的例子当中，只需在account前面加上volatile修饰，即可实现线程同步。 

代码实例： 

      //只给出要修改的代码，其余代码与上同
        class Bank {
            //需要同步的变量加上volatile
            private volatile int account = 100;

            public int getAccount() {
                return account;
            }
            //这里不再需要synchronized 
            public void save(int money) {
                account += money;
            }
        ｝

注：多线程中的非同步问题主要出现在对域的读写上，如果让域自身避免这个问题，则就不需要修改操作该域的方法。 
用final域，有锁保护的域和volatile域可以避免非同步的问题。 

4.使用重入锁实现线程同步

在JavaSE5.0中新增了一个java.util.concurrent包来支持同步。 
ReentrantLock类是可重入、互斥、实现了Lock接口的锁， 
它与使用synchronized方法和快具有相同的基本行为和语义，并且扩展了其能力


ReenreantLock类的常用方法有：

    ReentrantLock() : 创建一个ReentrantLock实例 
    lock() : 获得锁 
    unlock() : 释放锁 
注：ReentrantLock()还有一个可以创建公平锁的构造方法，但由于能大幅度降低程序运行效率，不推荐使用 

例如： 
    在上面例子的基础上，改写后的代码为: 

代码实例： 

//只给出要修改的代码，其余代码与上同
        class Bank {

            private int account = 100;
            //需要声明这个锁
            private Lock lock = new ReentrantLock();
            public int getAccount() {
                return account;
            }
            //这里不再需要synchronized 
            public void save(int money) {
                lock.lock();
                try{
                    account += money;
                }finally{
                    lock.unlock();
                }

            }
        ｝

注：关于Lock对象和synchronized关键字的选择： 
    a.最好两个都不用，使用一种java.util.concurrent包提供的机制， 
        能够帮助用户处理所有与锁相关的代码。 
    b.如果synchronized关键字能满足用户的需求，就用synchronized，因为它能简化代码 
    c.如果需要更高级的功能，就用ReentrantLock类，此时要注意及时释放锁，否则会出现死锁，通常在finally代码释放锁 

5.使用局部变量实现线程同步
如果使用ThreadLocal管理变量，则每一个使用该变量的线程都获得该变量的副本，
副本之间相互独立，这样每一个线程都可以随意修改自己的变量副本，而不会对其他线程产生影响。

ThreadLocal 类的常用方法
ThreadLocal() : 创建一个线程本地变量 
get() : 返回此线程局部变量的当前线程副本中的值 
initialValue() : 返回此线程局部变量的当前线程的"初始值" 
set(T value) : 将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为value
例如： 
    在上面例子基础上，修改后的代码为： 

//只改Bank类，其余代码与上同
        public class Bank{
            //使用ThreadLocal类管理共享变量account
            private static ThreadLocal<Integer> account = new ThreadLocal<Integer>(){
                @Override
                protected Integer initialValue(){
                    return 100;
                }
            };
            public void save(int money){
                account.set(account.get()+money);
            }
            public int getAccount(){
                return account.get();
            }
        }

注：ThreadLocal与同步机制 
    a.ThreadLocal与同步机制都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题。 
    b.前者采用以"空间换时间"的方法，后者采用以"时间换空间"的方式

6.使用阻塞队列实现线程同步

前面5种同步方式都是在底层实现的线程同步，但是我们在实际开发当中，应当尽量远离底层结构。 
使用javaSE5.0版本中新增的java.util.concurrent包将有助于简化开发。 
本小节主要是使用LinkedBlockingQueue<E>来实现线程的同步 
LinkedBlockingQueue<E>是一个基于已连接节点的，范围任意的blocking queue。 
队列是先进先出的顺序（FIFO），关于队列以后会详细讲解~ 

LinkedBlockingQueue 类常用方法
LinkedBlockingQueue() : 创建一个容量为Integer.MAX_VALUE的LinkedBlockingQueue
put(E e) : 在队尾添加一个元素，如果队列满则阻塞
size() : 返回队列中的元素个数
take() : 移除并返回队头元素，如果队列空则阻塞

代码实例：
实现商家生产商品和买卖商品的同步

 1 package com.xhj.thread;
 2 
 3 import java.util.Random;
 4 import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
 5 
 6 /**
 7  * 用阻塞队列实现线程同步 LinkedBlockingQueue的使用
 8  * 
 9  * @author XIEHEJUN
10  * 
11  */
12 public class BlockingSynchronizedThread {
13     /**
14      * 定义一个阻塞队列用来存储生产出来的商品
15      */
16     private LinkedBlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<Integer>();
17     /**
18      * 定义生产商品个数
19      */
20     private static final int size = 10;
21     /**
22      * 定义启动线程的标志，为0时，启动生产商品的线程；为1时，启动消费商品的线程
23      */
24     private int flag = 0;
25 
26     private class LinkBlockThread implements Runnable {
27         @Override
28         public void run() {
29             int new_flag = flag++;
30             System.out.println("启动线程 " + new_flag);
31             if (new_flag == 0) {
32                 for (int i = 0; i < size; i++) {
33                     int b = new Random().nextInt(255);
34                     System.out.println("生产商品：" + b + "号");
35                     try {
36                         queue.put(b);
37                     } catch (InterruptedException e) {
38                         // TODO Auto-generated catch block
39                         e.printStackTrace();
40                     }
41                     System.out.println("仓库中还有商品：" + queue.size() + "个");
42                     try {
43                         Thread.sleep(100);
44                     } catch (InterruptedException e) {
45                         // TODO Auto-generated catch block
46                         e.printStackTrace();
47                     }
48                 }
49             } else {
50                 for (int i = 0; i < size / 2; i++) {
51                     try {
52                         int n = queue.take();
53                         System.out.println("消费者买去了" + n + "号商品");
54                     } catch (InterruptedException e) {
55                         // TODO Auto-generated catch block
56                         e.printStackTrace();
57                     }
58                     System.out.println("仓库中还有商品：" + queue.size() + "个");
59                     try {
60                         Thread.sleep(100);
61                     } catch (Exception e) {
62                         // TODO: handle exception
63                     }
64                 }
65             }
66         }
67     }
68 
69     public static void main(String[] args) {
70         BlockingSynchronizedThread bst = new BlockingSynchronizedThread();
71         LinkBlockThread lbt = bst.new LinkBlockThread();
72         Thread thread1 = new Thread(lbt);
73         Thread thread2 = new Thread(lbt);
74         thread1.start();
75         thread2.start();
76 
77     }
78 
79 }

注：BlockingQueue定义了阻塞队列的常用方法，尤其是三种添加元素的方法，我们要多加注意，当队列满时：
　　add()方法会抛出异常

　　offer()方法返回false

　　put()方法会阻塞

7.使用原子变量实现线程同步

需要使用线程同步的根本原因在于对普通变量的操作不是原子的。

那么什么是原子操作呢？
原子操作就是指将读取变量值、修改变量值、保存变量值看成一个整体来操作
即-这几种行为要么同时完成，要么都不完成。

在java的util.concurrent.atomic包中提供了创建了原子类型变量的工具类，
使用该类可以简化线程同步。

其中AtomicInteger 表可以用原子方式更新int的值，可用在应用程序中(如以原子方式增加的计数器)，
但不能用于替换Integer；可扩展Number，允许那些处理机遇数字类的工具和实用工具进行统一访问。

AtomicInteger类常用方法：
AtomicInteger(int initialValue) : 创建具有给定初始值的新的AtomicInteger
addAddGet(int dalta) : 以原子方式将给定值与当前值相加
get() : 获取当前值

代码实例：
只改Bank类，其余代码与上面第一个例子同

复制代码
1 class Bank {
2 private AtomicInteger account = new AtomicInteger(100);
3
4 public AtomicInteger getAccount() {
5 return account;
6 }
7
8 public void save(int money) {
9 account.addAndGet(money);
10 }
11 }
复制代码