一、并发编程简介
1、基础概念
- 程序
与计算机系统操作有关的计算机程序、规程、规则，以及可能有的文件、文档及数据。
- 进程
进程是计算机中的程序，关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体；在面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。
- 线程
线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。
- 顺序编程
程序中的所有步骤在任意时刻只能执行一个步骤。编程中绝大部分场景都是基于顺序编程。
- 并发编程
在一台处理器上“同时”处理多个任务，并行处理程序中的复杂耗时任务。并发是在同一实体上的多个事件。多个事件在同一时间间隔发生。
2、入门案例
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2 public static void main(String[] args) {
3 System.out.println("Hello,Thread");
4 // 当前线程名称
5 System.out.println(Thread.currentThread().getName());
6 // 线程系统的管理接口
7 ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
8 long[] threadIds = threadMXBean.getAllThreadIds() ;
9 for (long id : threadIds) {
10 ThreadInfo threadInfo = threadMXBean.getThreadInfo(id) ;
11 System.out.println(threadInfo.getThreadId()+
12 ":"+threadInfo.getThreadName());
13 }
14 }
15}
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打印结果：
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24:Signal Dispatcher
33:Finalizer
42:Reference Handler
51:main
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由此可知上述一段简单的Java程序，不止一条main线程在执行。
二、线程创建方式
1、继承Thread类
Thread类的基础结构：
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这里已经实现了Runnable接口。
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2 public static void main(String[] args) {
3 // 调用方法
4 MyThread1 myThread1 = new MyThread1() ;
5 myThread1.start();
6 }
7}
8class MyThread1 extends Thread {
9 // 设置线程名称
10 public MyThread1 (){
11 super("CicadaThread");
12 }
13 @Override
14 public void run() {
15 System.out.println(Thread.currentThread().getName());
16 }
17}
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2、实现Runnable接口
如果创建的线程类已经存在父类，则不能再继承Thread类，在Java中不允许多继承，这时就可以实现Runnable接口。
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2 public static void main(String[] args) {
3 Thread thread = new Thread(new MyThread2(),"MyThread2") ;
4 thread.start();
5 }
6}
7class MyThread2 implements Runnable {
8 @Override
9 public void run() {
10 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" run ...");
11 }
12}
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3、匿名内部类
在一个类里面定义一个类，称为内部类。内部类就相当于外部类的一个成员，可以把内部类看成一个整体。
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2 public static void main(String[] args) {
3 //方式1
4 new Thread("ThreadName1") {
5 public void run() {
6 System.out.println("1:"+Thread.currentThread().getName());
7 };
8 }.start();
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10 //方式2
11 new Thread(new Runnable() {
12 public void run() {
13 System.out.println("2:"+Thread.currentThread().getName());
14 }
15 },"ThreadName2"){
16 // 这里重写了run方法
17 @Override
18 public void run() {
19 System.out.println("3:"+Thread.currentThread().getName());
20 }
21 }.start();
22 }
23}
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4、返回值线程
顾名思义，该线程线程异步执行后，可以返回线程的处理结果。
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2 public static void main(String[] args) throws Exception {
3 MyThread4 myThread4 = new MyThread4();
4 FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(myThread4);
5 Thread thread = new Thread(task,"TaskThread");
6 thread.start();
7 // 等待获取结果
8 // Integer result = task.get();
9 // 设置获取结果的等待时间，超时抛出：TimeoutException
10 Integer result = task.get(3, TimeUnit.SECONDS) ;
11 System.out.println("result="+result);
12 }
13}
14class MyThread4 implements Callable<Integer> {
15 // 封装线程执行的任务
16 @Override
17 public Integer call() throws Exception {
18 System.out.println(Thread.currentThread().getName());
19 Thread.sleep(1000);
20 return 2+3;
21 }
22}
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5、定时任务
Timer是后台线程执行任务调度的工具类，可以根据规则配置定期执行或者重复执行。
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任务类：TimerTask结构实现Runnable接口。
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2 public static void main(String[] args) {
3 Timer timer = new Timer();
4 timer.schedule(new TimerTask() {
5 @Override
6 public void run() {
7 System.out.println("延迟1s,每隔3s执行一次");
8 }
9 }, 1000, 3000);
10 }
11}
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6、线程池管理
线程池是一种多线程处理形式，处理过程中将任务添加到队列，然后在创建线程后自动启动这些任务。
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2 public static void main(String[] args) {
3 Executor threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
4 for(int i = 0 ;i < 5 ; i++) {
5 threadPool.execute(new Runnable() {
6 @Override
7 public void run() {
8 System.out.println(Thread.currentThread().getName());
9 }
10 });
11 }
12 }
13}
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三、线程状态管理
1、状态描述
- NEW
初始状态：构建线程实例后，调用start()方法启动前，处于该状态。
- RUNNABLE
运行状态：在Java线程中，就绪和运行两个状态称作运行状态，在实际的执行过程中，这两个状态是随时可能切换的。启动start()方法被调用，或者sleep()后，join()结束等，就进入RUNNABLE就绪状态，开始等待CPU时间片；线程调度选中该线程、并分配了CPU时间片后，该线程尽管处于Runnable状态，就是运行状态(Running)；
- BLOCKED
阻塞状态：通常指被锁机制阻塞，表示线程正在获取有锁控制的资源。
- WAITING
等待状态：进入该状态的线程，等待被其他线程发出通知或中断，也称显式唤醒。
- TIMED_WAITING
超时等待状态：该状态不同于WAITING状态，该状态的线程可以在指定的时间后自动唤醒；
- TERMINATED
终止状态：表示当前线程任务执行完毕。
2、案例流程分析
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2 public static void main(String[] args) throws Exception {
3 // 进入初始状态
4 StateThread01 stateThread01 = new StateThread01();
5 FutureTask<String> task = new FutureTask<>(stateThread01);
6 Thread thread = new Thread(task,"GetValueThread");
7 // 运行状态
8 thread.start();
9 // 超时等待结果
10 String result = task.get(3, TimeUnit.SECONDS) ;
11 System.out.println("result="+result);
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13 StateThread02 stateThread02 = new StateThread02() ;
14 Thread thread1 = new Thread(stateThread02,"WaitThread");
15 thread1.start();
16 }
17}
18class StateThread01 implements Callable<String> {
19 @Override
20 public String call() throws Exception {
21 // 超时等待
22 Thread.sleep(1000);
23 return "Hello,Cicada";
24 }
25}
26class StateThread02 implements Runnable {
27 @Override
28 public void run() {
29 synchronized (StateCycle01.class) {
30 System.out.println("进入线程...");
31 try {
32 // 等待状态，放弃对象锁
33 StateCycle01.class.wait(2000);
34 } catch (Exception e) {
35 e.printStackTrace();
36 }
37 System.out.println("线程继续...");
38 }
39 }
40}
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上述流程描述了线程不同状态之间的切换，基本流程图如下。
线程的状态描述起来不算复杂，但是每个状态间的切换，是非常的复杂，后续会分模块单个解释。
四、优缺点总结
1、优点说明
最直接作用使程序执行的效率大幅度提升;程序异步解耦，在web开发中，经常有后续的程序要执行，有需要快速的用户界面响应；当然熟练使用并发编程，也是一个优秀程序员必备技能 。
2、缺点分析
并发编程学习的曲线非常陡峭，难度较大；多线程之间争抢资源容易出现问题；并不是线程越多，执行速度就越快，线程之前切换是耗时的，需要合理创建和使用锁机制；线程创建和之间的通信需要很清晰的逻辑；线程死锁问题更是无法完全避免的问题；所以在一般情况下公司对线程使用的规范是十分严格的。
五、源代码地址
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2https://github.com/cicadasmile/java-base-parent
3GitEE·地址
4https://gitee.com/cicadasmile/java-base-parent
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