JavaSE从头再来（五）——异常与多线程

从头再来第五弹，涉及异常和多线程相关

一、异常

1.1 异常概念

异常，就是不正常的意思。在生活中:医生说,你的身体某个部位有异常,该部位和正常相比有点不同,该部位的功能将受影响.在程序中的意思就是：

• 异常 ：指的是程序在执行过程中，出现的非正常的情况，最终会导致JVM的非正常停止。

在Java等面向对象的编程语言中，异常本身是一个类，产生异常就是创建异常对象并抛出了一个异常对象。Java处理异常的方式是中断处理。

异常指的并不是语法错误,语法错了,编译不通过,不会产生字节码文件,根本不能运行.

1.2 异常体系

异常机制其实是帮助我们找到程序中的问题，异常的根类是java.lang.Throwable，其下有两个子类：java.lang.Error与java.lang.Exception，平常所说的异常指java.lang.Exception。

Throwable体系：

• Error:严重错误Error，无法通过处理的错误，只能事先避免，好比绝症。
• Exception:表示异常，异常产生后程序员可以通过代码的方式纠正，使程序继续运行，是必须要处理的。好比感冒、阑尾炎。

Throwable中的常用方法：

• public void printStackTrace():打印异常的详细信息。

  包含了异常的类型,异常的原因,还包括异常出现的位置,在开发和调试阶段,都得使用printStackTrace。

• public String getMessage():获取发生异常的原因。

  提示给用户的时候,就提示错误原因。

• public String toString():获取异常的类型和异常描述信息(不用)。

出现异常,不要紧张,把异常的简单类名,拷贝到API中去查。

1.3 异常分类

我们平常说的异常就是指Exception，因为这类异常一旦出现，我们就要对代码进行更正，修复程序。

异常(Exception)的分类:根据在编译时期还是运行时期去检查异常?

• 编译时期异常:checked异常。在编译时期,就会检查,如果没有处理异常,则编译失败。(如日期格式化异常)
• 运行时期异常:runtime异常。在运行时期,检查异常.在编译时期,运行异常不会编译器检测(不报错)。(如数学异常)

1.4 异常的产生过程解析

先运行下面的程序，程序会产生一个数组索引越界异常ArrayIndexOfBoundsException。我们通过图解来解析下异常产生的过程。

工具类

public class ArrayTools {// 对给定的数组通过给定的角标获取元素。public static int getElement(int[] arr, int index) {int element = arr[index];return element;}
}

测试类

public class ExceptionDemo {public static void main(String[] args) {int[] arr = { 34, 12, 67 };intnum = ArrayTools.getElement(arr, 4)System.out.println("num=" + num);System.out.println("over");}
}

上述程序执行过程图解：

二、异常的处理

Java异常处理的五个关键字：try、catch、finally、throw、throws

2.1 抛出异常throw

在编写程序时，我们必须要考虑程序出现问题的情况。比如，在定义方法时，方法需要接受参数。那么，当调用方法使用接受到的参数时，首先需要先对参数数据进行合法的判断，数据若不合法，就应该告诉调用者，传递合法的数据进来。这时需要使用抛出异常的方式来告诉调用者。

在java中，提供了一个throw关键字，它用来抛出一个指定的异常对象。那么，抛出一个异常具体如何操作呢？

1. 创建一个异常对象。封装一些提示信息(信息可以自己编写)。

2. 需要将这个异常对象告知给调用者。怎么告知呢？怎么将这个异常对象传递到调用者处呢？通过关键字throw就可以完成。throw 异常对象。

   throw用在方法内，用来抛出一个异常对象，将这个异常对象传递到调用者处，并结束当前方法的执行。

使用格式：

throw new 异常类名(参数);

例如：

throw new NullPointerException("要访问的arr数组不存在");throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("该索引在数组中不存在，已超出范围");

学习完抛出异常的格式后，我们通过下面程序演示下throw的使用。

public class ThrowDemo {public static void main(String[] args) {//创建一个数组 int[] arr = {2,4,52,2};//根据索引找对应的元素 int index = 4;int element = getElement(arr, index);System.out.println(element);System.out.println("over");}/** 根据 索引找到数组中对应的元素*/public static int getElement(int[] arr,int index){ //判断  索引是否越界if(index<0 || index>arr.length-1){/*判断条件如果满足，当执行完throw抛出异常对象后，方法已经无法继续运算。这时就会结束当前方法的执行，并将异常告知给调用者。这时就需要通过异常来解决。 */throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("哥们，角标越界了~~~");}int element = arr[index];return element;}
}

注意：如果产生了问题，我们就会throw将问题描述类即异常进行抛出，也就是将问题返回给该方法的调用者。

那么对于调用者来说，该怎么处理呢？一种是进行捕获处理，另一种就是继续讲问题声明出去，使用throws声明处理。

2.2 Objects非空判断

还记得我们学习过一个类Objects吗，曾经提到过它由一些静态的实用方法组成，这些方法是null-save（空指针安全的）或null-tolerant（容忍空指针的），那么在它的源码中，对对象为null的值进行了抛出异常操作。

• public static <T> T requireNonNull(T obj):查看指定引用对象不是null。

查看源码发现这里对为null的进行了抛出异常操作：

public static <T> T requireNonNull(T obj) {if (obj == null)throw new NullPointerException();return obj;
}//直接调用Objects
public static void fun(Object obj){Objects.requireNonNull(obj);//如果为空则抛出异常，不为空则返回obj
}

2.3 声明异常throws

声明异常：将问题标识出来，报告给调用者。如果方法内通过throw抛出了编译时异常，而没有捕获处理，那么必须通过throws进行声明，让调用者去处理。

关键字throws运用于方法声明之上,用于表示当前方法不处理异常,而是提醒该方法的调用者来处理异常(抛出异常).

声明异常格式：

修饰符 返回值类型 方法名(参数) throws 异常类名1,异常类名2…{   }	

声明异常的代码演示：

public class ThrowsDemo {public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {read("a.txt");}// 如果定义功能时有问题发生需要报告给调用者。可以通过在方法上使用throws关键字进行声明public static void read(String path) throws FileNotFoundException {if (!path.equals("a.txt")) {//如果不是 a.txt这个文件 // 我假设  如果不是 a.txt 认为 该文件不存在 是一个错误 也就是异常  throwthrow new FileNotFoundException("文件不存在");}}
}

throws用于进行异常类的声明，若该方法可能有多种异常情况产生，那么在throws后面可以写多个异常类，用逗号隔开。

public class ThrowsDemo2 {public static void main(String[] args) throws IOException {read("a.txt");}public static void read(String path)throws FileNotFoundException, IOException {if (!path.equals("a.txt")) {//如果不是 a.txt这个文件 // 我假设  如果不是 a.txt 认为 该文件不存在 是一个错误 也就是异常  throwthrow new FileNotFoundException("文件不存在");}if (!path.equals("b.txt")) {throw new IOException();}}
}

2.4 捕获异常try…catch

如果异常出现的话,会立刻终止程序,所以我们得处理异常:

1. 该方法不处理,而是声明抛出,由该方法的调用者来处理(throws)。
2. 在方法中使用try-catch的语句块来处理异常。

try-catch的方式就是捕获异常。

• 捕获异常：Java中对异常有针对性的语句进行捕获，可以对出现的异常进行指定方式的处理。

捕获异常语法如下：

try{编写可能会出现异常的代码
}catch(异常类型  e){处理异常的代码//记录日志/打印异常信息/继续抛出异常
}

**try：**该代码块中编写可能产生异常的代码。

**catch：**用来进行某种异常的捕获，实现对捕获到的异常进行处理。

注意:try和catch都不能单独使用,必须连用。

演示如下：

public class TryCatchDemo {public static void main(String[] args) {try {// 当产生异常时，必须有处理方式。要么捕获，要么声明。read("b.txt");} catch (FileNotFoundException e) {// 括号中需要定义什么呢？//try中抛出的是什么异常，在括号中就定义什么异常类型System.out.println(e);}System.out.println("over");}/*** 我们 当前的这个方法中 有异常  有编译期异常*/public static void read(String path) throws FileNotFoundException {if (!path.equals("a.txt")) {//如果不是 a.txt这个文件 // 我假设  如果不是 a.txt 认为 该文件不存在 是一个错误 也就是异常  throwthrow new FileNotFoundException("文件不存在");}}
}

如何获取异常信息：

Throwable类中定义了一些查看方法:

• public String getMessage():获取异常的描述信息,原因(提示给用户的时候,就提示错误原因。

• public String toString():获取异常的类型和异常描述信息(不用)。

• public void printStackTrace():打印异常的跟踪栈信息并输出到控制台。

​ 包含了异常的类型,异常的原因,还包括异常出现的位置,在开发和调试阶段,都得使用printStackTrace。

2.4 finally 代码块

finally：有一些特定的代码无论异常是否发生，都需要执行。另外，因为异常会引发程序跳转，导致有些语句执行不到。而finally就是解决这个问题的，在finally代码块中存放的代码都是一定会被执行的。

什么时候的代码必须最终执行？

当我们在try语句块中打开了一些物理资源(磁盘文件/网络连接/数据库连接等),我们都得在使用完之后,最终关闭打开的资源。

finally的语法:

try…catch…finally:自身需要处理异常,最终还得关闭资源。

注意:finally不能单独使用。

比如在IO流中，当打开了一个关联文件的资源，最后程序不管结果如何，都需要把这个资源关闭掉。

finally代码参考如下：

public class TryCatchDemo4 {public static void main(String[] args) {try {read("a.txt");} catch (FileNotFoundException e) {//抓取到的是编译期异常  抛出去的是运行期 throw new RuntimeException(e);} finally {System.out.println("不管程序怎样，这里都将会被执行。");}System.out.println("over");}/*** 我们 当前的这个方法中 有异常  有编译期异常*/public static void read(String path) throws FileNotFoundException {if (!path.equals("a.txt")) {//如果不是 a.txt这个文件 // 我假设  如果不是 a.txt 认为 该文件不存在 是一个错误 也就是异常  throwthrow new FileNotFoundException("文件不存在");}}
}

当只有在try或者catch中调用退出JVM的相关方法,此时finally才不会执行,否则finally永远会执行。

2.5 异常注意事项

• 多个异常使用捕获又该如何处理呢？

  1. 多个异常分别处理。
  2. 多个异常一次捕获，多次处理。
  3. 多个异常一次捕获一次处理。

  一般我们是使用一次捕获多次处理方式，格式如下：

  try{编写可能会出现异常的代码
  }catch(异常类型A  e){  当try中出现A类型异常,就用该catch来捕获.处理异常的代码//记录日志/打印异常信息/继续抛出异常
  }catch(异常类型B  e){  当try中出现B类型异常,就用该catch来捕获.处理异常的代码//记录日志/打印异常信息/继续抛出异常
  }
  

  注意:这种异常处理方式，要求多个catch中的异常不能相同，并且若catch中的多个异常之间有子父类异常的关系，那么子类异常要求在上面的catch处理，父类异常在下面的catch处理。

• 运行时异常被抛出可以不处理。即不捕获也不声明抛出。

• 如果finally有return语句,永远返回finally中的结果,避免该情况.

• 如果父类抛出了多个异常,子类重写父类方法时,抛出和父类相同的异常或者是父类异常的子类或者不抛出异常。

• 父类方法没有抛出异常，子类重写父类该方法时也不可抛出异常。此时子类产生该异常，只能捕获处理，不能声明抛出

2.6 异常处理的简单理解

Java的异常设计可以联想到我们生活中遇到的问题。

当我们遇到一个问题时可以分为两种解决方案

• 自己解决：这个时候问题在自己手头上就被解决了，我们会继续正常的流程，这个对应try catch处理
• 交给别人解决：这个时候我们把问题往上抛，只要我们自己解决不了问题，我们就把这个问题留给别人，对应throw、throws，此处的别人就是调用你的对象，这个对象如果不处理异常，则还要继续往上抛，直到有人解决为止。但是你不能无限抛啊，所以如果到了最原始的调用者还没有人try catch解决的话，主方法就直接将异常抛给jvm，jvam的处理方法就是直接结束方法运行。

这就是Java的逐级甩锅制度。

三、自定义异常

3.1 概述

为什么需要自定义异常类:

我们说了Java中不同的异常类,分别表示着某一种具体的异常情况,那么在开发中总是有些异常情况是SUN没有定义好的,此时我们根据自己业务的异常情况来定义异常类。例如年龄负数问题,考试成绩负数问题等等。

在上述代码中，发现这些异常都是JDK内部定义好的，但是实际开发中也会出现很多异常,这些异常很可能在JDK中没有定义过,例如年龄负数问题,考试成绩负数问题.那么能不能自己定义异常呢？

什么是自定义异常类:

在开发中根据自己业务的异常情况来定义异常类.

自定义一个业务逻辑异常: RegisterException。一个注册异常类。

异常类如何定义:

1. 自定义一个编译期异常: 自定义类 并继承于java.lang.Exception。
2. 自定义一个运行时期的异常类:自定义类 并继承于java.lang.RuntimeException。

3.2 自定义异常的练习

要求：我们模拟注册操作，如果用户名已存在，则抛出异常并提示：亲，该用户名已经被注册。

首先定义一个登陆异常类RegisterException：

// 业务逻辑异常
public class RegisterException extends Exception {/*** 空参构造*/public RegisterException() {}/**** @param message 表示异常提示*/public RegisterException(String message) {super(message);}
}

模拟登陆操作，使用数组模拟数据库中存储的数据，并提供当前注册账号是否存在方法用于判断。

public class Demo {// 模拟数据库中已存在账号private static String[] names = {"bill","hill","jill"};public static void main(String[] args) {     //调用方法try{// 可能出现异常的代码checkUsername("nill");System.out.println("注册成功");//如果没有异常就是注册成功}catch(RegisterException e){//处理异常e.printStackTrace();}}//判断当前注册账号是否存在//因为是编译期异常，又想调用者去处理 所以声明该异常public static boolean checkUsername(String uname) throws LoginException{for (String name : names) {if(name.equals(uname)){//如果名字在这里面 就抛出登陆异常throw new RegisterException("亲"+name+"已经被注册了！");}}return true;}
}

四、多线程

我们在之前，学习的程序在没有跳转语句的前提下，都是由上至下依次执行，那现在想要设计一个程序，边打游戏边听歌，怎么设计？

要解决上述问题,得使用多进程或者多线程来解决.

4.1 并发与并行

• 并发：指两个或多个事件在同一个时间段内发生（交替执行）。
• 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，核心越多，并行处理的程序越多，能大大的提高电脑运行的效率。

注意：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。

4.2 线程与进程

• 进程：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。

• 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

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。

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：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。

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4.3 创建线程类

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。Java中通过继承Thread类来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

代码如下：

测试类：

public class Demo01 {public static void main(String[] args) {//创建自定义线程对象MyThread mt = new MyThread("新的线程！");//开启新线程mt.start();//在主方法中执行for循环for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println("main线程！"+i);}}
}

自定义线程类：

public class MyThread extends Thread {//定义指定线程名称的构造方法public MyThread(String name) {//调用父类的String参数的构造方法，指定线程的名称super(name);}/*** 重写run方法，完成该线程执行的逻辑*/@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println(getName()+"：正在执行！"+i);}}
}

注意事项：在运行10次循环时可能观测不到变化，改成10万次就可以了

五、线程

5.1 多线程原理

程序启动运行main时候，java虚拟机启动一个进程，主线程main在main()调用时候被创建。随着调用mt的对象的start方法，另外一个新的线程也启动了，这样，整个应用就在多线程下运行。

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。

5.2 Thread类

完成操作过程中用到了java.lang.Thread 类，API中该类中定义了有关线程的一些方法

构造方法：

• public Thread() :分配一个新的线程对象。
• public Thread(String name)·:分配一个指定名字的新的线程对象。
• public Thread(Runnable target):分配一个带有指定目标新的线程对象。
• public Thread(Runnable target,String name):分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字。

常用方法：

• public String getName():获取当前线程名称。
• public void start() :导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法。
• public void run():此线程要执行的任务在此处定义代码。
• public static void sleep(long millis) :使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停（暂时停止执行）。
• public static Thread currentThread():返回对当前正在执行的线程对象的引用。

public class Demo {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//利用sleep方法实现10秒倒计时for (int i = 10; i >= 0 ; i--) {System.out.println(i);Thread.sleep(1000);}}
}

翻阅API后得知创建线程的方式总共有两种，一种是继承Thread类方式，一种是实现Runnable接口方式

4.3 创建线程方式二：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。

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。

public class MyRunnable implements Runnable{@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 20; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);}}
}

public class Demo {public static void main(String[] args) {//创建自定义类对象 线程任务对象MyRunnable mr = new MyRunnable();//创建线程对象Thread t = new Thread(mr, "小强");t.start();for (int i = 0; i < 20; i++) {System.out.println("旺财 " + i);}}
}

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(Runnable target) 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。

tips:Runnable对象仅仅作为Thread对象的target，Runnable实现类里包含的run()方法仅作为线程执行体。而实际的线程对象依然是Thread实例，只是该Thread线程负责执行其target的run()方法。

4.4 Thread和Runnable的区别

如果一个类继承Thread，则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话，则很容易的实现资源共享。

总结：
实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：

1. 适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
2. 可以避免java中的单继承的局限性。
3. 增加程序的健壮性，实现解耦操作，代码可以被多个线程共享，代码和线程独立。
4. 线程池只能放入实现Runable或Callable类线程，不能直接放入继承Thread的类。

扩充：在java中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程，一个是垃圾收集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个JVM，每一个JVM其实在就是在操作系统中启动了一个进程。

六、线程安全

6.1 线程安全

如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

电影院要卖票，我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是 “葫芦娃大战奥特曼”，本次电影的座位共100个
(本场电影只能卖100张票)

我们来模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时卖 “葫芦娃大战奥特曼”这场电影票(多个窗口一起卖这100张票)
需要窗口，采用线程对象来模拟；需要票，Runnable接口子类来模拟

模拟票：

public class Ticket implements Runnable {private int ticket = 100;/** 执行卖票操作*/@Overridepublic void run() {//每个窗口卖票的操作//窗口 永远开启while (true) {if (ticket > 0) {//有票 可以卖//出票操作//使用sleep模拟一下出票时间try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} //获取当前线程对象的名字String name = Thread.currentThread().getName();System.out.println(name + "正在卖:" + ticket‐‐);}}
}

测试类

public class Demo{public static void main(String[] args){//创建线程任务对象Ticket ticket = new Ticket();//创建三个卖票窗口Thread t1 = new Thread(ticket,"窗口1");Thread t2 = new Thread(ticket,"窗口2");Thread t3 = new Thread(ticket,"窗口3");//同时卖票t1.start();t2.start();t3.start();}
}

结果中有一部分这样现象

发现程序出现了两个问题：

1. 相同的票数,比如5这张票被卖了两回。
2. 不存在的票，比如0票与-1票，是不存在的

几个窗口(线程)票数不同步了，这种问题称为线程不安全。

线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写
操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，
否则的话就可能影响线程安全。

6.2 线程同步

当我们使用多个线程访问同一资源的时候，且多个线程中对资源有写的操作，就容易出现线程安全问题。

要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在票问题，Java中提供了同步机制
(synchronized)来解决。

根据案例简述：

窗口1线程进入操作的时候，窗口2和窗口3线程只能在外等着，窗口1操作结束，窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码
去执行。也就是说在某个线程修改共享资源的时候，其他线程不能修改该资源，等待修改完毕同步之后，才能去抢夺CPU
资源，完成对应的操作，保证了数据的同步性，解决了线程不安全的现象。

为了保证每个线程都能正常执行原子操作,Java引入了线程同步机制

这个机制有三种方式

• 同步代码块
• 同步方法
• 锁机制

6.3 手段1 同步代码块

• 同步代码块：synchronized关键字可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。

  格式:

  创建锁对象
  Object lock = new Object();
  synchronized(lock){需要同步的代码块
  }
  

  同步锁:

  对象的同步锁只是一个概念,可以想象为在对象上标记了一个锁.

  1. 锁对象 可以是任意类型。
  2. 多个线程对象 要使用同一把锁。

注意:在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其他的线程只能在外等着
(BLOCKED)。

使用同步代码块解决代码：

public class Ticket implements Runnable {private int ticket = 100;//创建锁对象Object lock = new Object();@Overridepublic void run() {while (true) {//加锁synchronized(lock){if (ticket > 0) {try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} String name = Thread.currentThread().getName();System.out.println(name + "正在卖:" + ticket‐‐);}}}}
}

6.4 同步方法

• 同步方法：使用synchronized修饰的方法，就叫做同步方法，保证A线程执行该方法的时候，其他线程只能在方法外等着。

格式：

public synchronized void method(){可能产生线程安全问题的代码
}

同步锁是谁？

对于非static方法，同步锁就是this

对于static方法，我们使用当前方法所在类的字节码对象（类名.class)

使用同步方法代码如下

public class Ticket implements Runnable {private int ticket = 100;//创建锁对象Object lock = new Object();@Overridepublic void run() {while (true) {//直接执行同步方法sellTicket();}}//创建同步方法，有线程安全问题的代码放在里面public synchronized sellTicket(){if (ticket > 0) {try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} String name = Thread.currentThread().getName();System.out.println(name + "正在卖:" + ticket‐‐);}}
}

6.5 Lock锁（推荐）

java.util.concurrent.locks.Lock机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作,同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。

Lock锁也称同步锁，将上锁和解锁方法化了

• public void lock() 加同步锁
• public void unlock() 解同步锁

//创建同步锁
Lock lock = new ReentranLock();
//使用同步锁
lock.lock();可能会有线程安全问题的代码块lock.unlock();

使用方法：直接在需要上锁的代码块上面调用同步锁，后面解同步锁

public class Ticket implements Runnable {private int ticket = 100;//创建同步锁Lock lock = new ReentrantLock();@Overridepublic void run() {while (true) {//上锁lock.lock();if (ticket > 0) {try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} String name = Thread.currentThread().getName();System.out.println(name + "正在卖:" + ticket‐‐);}//解锁lock.unlock();}}
}

七、线程状态

7.1 线程状态概述

当线程被创建并启动以后，它既不是一启动就进入了执行状态，也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中，
有几种状态呢？在API中java.lang.Thread.State这个枚举中给出了六种线程状态：

线程状态	导致状态发生的条件
New 新建	线程刚被创建，但是并没有启动，还没调用start方法
Runnable 可运行	线程可以在jvm中运行的状态，可能正在运行自己的代码，也可能没有，这取决于cpu
Blocked 锁阻塞	当一个线程试图获取一个对象锁，而该对象锁被其他的线程持有，则该线程进入Blocked状 态；当该线程持有锁时，该线程将变成Runnable状态。
Waiting 无限等待	一个线程在等待另一个线程执行一个（唤醒）动作时，该线程进入Waiting状态。进入这个 状态后是不能自动唤醒的，必须等待另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能够唤醒。
Timed Waiting 计时等待	同waiting状态，有几个方法有超时参数，调用他们将进入Timed Waiting状态。这一状态 将一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。带有超时参数的常用方法有Thread.sleep 、 Object.wait。
Teminated 被终止	因为run方法正常退出而死亡，或者因为没有捕获的异常终止了run方法而死亡。

7.2 Timed Waiting（计时等待）

Timed Waiting在API中的描述为：一个正在限时等待另一个线程执行一个（唤醒）动作的线程处于这一状态。

在写卖票的案例中，为了减少线程执行太快，现象不明显等问题，我们在run方法中添加了sleep语句，这样就
强制当前正在执行的线程休眠（暂停执行），以“减慢线程” 。

其实当我们调用了sleep方法之后，当前执行的线程就进入到“休眠状态”，其实就是所谓的Timed Waiting(计时等
待) 。

代码

public class MyThread extends Thread{public void run(){for(int i = 0;i < 100;i++){if(i%10==0){System.out.printf("-----"+i);}System.out.printf(i);try {Thread.sleep(1000);System.out.print(" 线程睡眠1秒！\n");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}public static void main(String[] args){new Mythread().start();}
}

1. 进入 TIMED_WAITING 状态的一种常见情形是调用的 sleep 方法，单独的线程也可以调用，不一定非要有协
   作关系。
2. 为了让其他线程有机会执行，可以将Thread.sleep()的调用**放线程****run()**之内。这样才能保证该线程执行过程
   中会睡眠
3. sleep与锁无关，线程睡眠到期自动苏醒，并返回到Runnable（可运行）状态

sleep()中指定的时间是线程不会运行的最短时间。因此，sleep()方法不能保证该线程睡眠到期后就
开始立刻执行。

Timed Waiting 线程状态图：

7.3 BLOCKED（锁阻塞）

Blocked状态在API中的介绍为：一个正在阻塞等待一个监视器锁（锁对象）的线程处于这一状态。

我们已经学完同步机制，那么这个状态是非常好理解的了。比如，线程A与线程B代码中使用同一锁，如果线程A获取到锁，线程A进入到Runnable状态，那么线程B就进入到Blocked锁阻塞状态。

这是由Runnable状态进入Blocked状态。除此Waiting以及Time Waiting状态也会在某种情况下进入阻塞状态

Blocked 线程状态图

7.4 Waiting（无限等待）

Wating状态在API中介绍为：一个正在无限期等待另一个线程执行一个特别的（唤醒）动作的线程处于这一状态。

public class WaitingTest  {public static Object obj = new Object();public static void main(String[] args) {//演示waitingnew Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {while (true){synchronized (obj){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"===获取到锁对象，调用wait方法，进入waiting状态，释放锁对象");try {obj.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"===从waiting状态唤醒来，获取到锁对象，继续执行了");}}}},"等待线程").start();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "===等待3秒钟");try {Thread.sleep(3000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}synchronized(obj){System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "===获取到锁对象，调用notify方法，释放锁对象");obj.notify();}}},"唤醒线程").start();}
}

输出结果：

等待线程—获取到锁对象，调用wait方法，进入waiting状态，释放锁对象
唤醒线程—等待3秒钟
唤醒线程—获取到锁对象，调用notify方法，释放锁对象
等待线程—从waiting状态唤醒来，获取到锁对象，继续执行了
等待线程—获取到锁对象，调用wait方法，进入waiting状态，释放锁对象

通过上述案例我们会发现，一个调用了某个对象的 Object.wait 方法的线程会等待另一个线程调用此对象的Object.notify()方法 或 Object.notifyAll()方法。

其实waiting状态并不是一个线程的操作，它体现的是多个线程间的通信，可以理解为多个线程之间的协作关系，多个线程会争取锁，同时相互之间又存在协作关系。就好比在公司里你和你的同事们，你们可能存在晋升时的竞争，但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。

当多个线程协作时，比如A，B线程，如果A线程在Runnable（可运行）状态中调用了wait()方法，那么A线程就进入
了Waiting（无限等待）状态，同时失去了同步锁。假如这个时候B线程获取到了同步锁，在运行状态中调用了
notify()方法，那么就会将无限等待的A线程唤醒。注意是唤醒，如果获取到锁对象，那么A线程唤醒后就进入
Runnable（可运行）状态；如果没有获取锁对象，那么就进入到Blocked（锁阻塞状态）

Waiting 线程状态图

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-hlustrlp-1590588265745)(C:/Users/谢康立/AppData/Roaming/Typora/typora-user-images/image-20200527215741922.png)]

7.5 总结

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-MiIccf3N-1590588265746)(C:/Users/谢康立/AppData/Roaming/Typora/typora-user-images/image-20200527215813440.png)]

一条有意思的tips:
我们在翻阅API的时候会发现Timed Waiting（计时等待） 与 Waiting（无限等待） 状态联系还是很紧密的，
比如Waiting（无限等待） 状态中wait方法是空参的，而timed waiting（计时等待） 中wait方法是带参的。
这种带参的方法，其实是一种倒计时操作，相当于我们生活中的小闹钟，我们设定好时间，到时通知，可是
如果提前得到（唤醒）通知，那么设定好时间在通知也就显得多此一举了，那么这种设计方案其实是一举两
得。如果没有得到（唤醒）通知，那么线程就处于Timed Waiting状态,直到倒计时完毕自动醒来；如果在倒
计时期间得到（唤醒）通知，那么线程从Timed Waiting状态立刻唤醒。