多线程——04
本节目标
1. wait 和 notify 方法
2. 代码案例
1. wait 和 notify 方法
1. 方法使用
多个线程的执行顺序本身是随机的（抢占式执行）
wait —— 让指定线程进入阻塞状态
notify —— 唤醒对应的阻塞状态的线程
注意： wait, notify, notifyAll 都是 Object 类的方法
wait 在执行的时候要做好三件事：
1）释放当前的锁（释放锁的前提是先加上锁）
2）让线程进入阻塞
3）当线程被唤醒的时候，重新获得到锁
a. wait 和 notify 都是Object方法（死等状态）
wait 等的状态什么都不做，不会占用CPU
b. 调用 wait 不一定只有一个线程调用，N个线程都可以调用。当多个线程调用时，这些线程都会进入阻塞状态，可以用 notifyAll 一次全部唤醒
c. wait 可以是设置一个超时时间——避免wait无休止的等待
wait(时间);
超过设置时间后，线程开始继续执行
2.使用区别
其实理论上 wait 和 sleep 完全是没有可比性的，因为一个是用于线程之间的通信的，一个是让线程阻 塞一段时间，唯一的相同点就是都可以让线程放弃执行一段时间
1. wait 需要搭配 synchronized 使用. sleep 不需要
2. wait 是 Object 的方法 sleep 是 Thread 的静态方法
2. 代码案例
1）单例模式
a. 饿汉模式
在有些场景下，希望有的类型只有一个对象，不能由多个
// 结果为 true（同一个实例）
由SE语法可知：通过static关键字，可以使在类被加载的时候，就会执行到创建实例的方法
1）在类的内部，提供一个现成的实例对象
2）把构造方法设置为私有（private），避免其他代码能够创建出实例对象
b. 懒汉模式
实例的创建时机：
饿汉模式：类加载的时候
懒汉模式：第一次使用的时候（首次调用类的时候才创建）
如果多个线程，同时修改多个变量，可能会出现线程安全问题
如果多个线程，同时读取一个变量，不会出现线程安全问题
此时的懒汉模式，既会读取，也会修改，就可能存在问题！——线程不安全
饿汉模式的 getInstance 只是进行读取 ——线程安全
如何让懒汉模式实现线程安全：
1）new操作不是原子性的（指令重排序）
new操作可以分为三步：
1. 申请指令空间
2. 在内存空间上构造对象（构造方法）
3. 把内存地址赋值给instance引用
在单线程的情况下，new操作的执行顺序无所谓；但在多线程情况下可能会有问题
a. 假设线程 t1 按照1，3，2的执行顺序，执行完1，3时，此时instance已经是非空了，但是此时的instance指向的是一个还没初始化的非法对象
b. 此时 t2 线程开始执行，t2 线程判定instance == null 条件不成立，直接 return instance，此时 t2 线程就有可能访问 instance 里面的属性和方法
因此要对new操作进行加锁
synchronized (SingletonLazy.class){//判断是否new对象if(instance == null){instance = new SingletonLazy();} }由于每次加锁和释放锁的的过程非常消耗CPU，降低了运行效率，所以再加一层If语句，判断 instance 是否已经非空，为空再进入程序
由于 new 操作会触发指令重排序，所以使用 volatile 关键字
正确代码如下：
单例模式还有以下问题：
1. 使用反射，能否打破单例
2. 使用序列化/反序列化，能否打破单例
2）阻塞队列
多线程代码中比较常用到的数据结构，是一种特殊的队列：
1. 线程安全
2. 带有阻塞特性
1）如果队列为空，继续出队列，就会阻塞，直到其他线程往队列里添加元素为止
2）如果队列为满，继续入队列，就会阻塞，直到其他线程往队列里取走元素为止
java标准库里，已经提供了现成的阻塞队列，可以直接使用
标准库里，针对Blocking Queue提供了两种这个主要的实现方式：
1. 基于数组
2. 基于链表
Queue提供的方法在阻塞队列的模拟实现中不建议使用，以为都不具备“阻塞”特性：
put —— 阻塞特性的入队列
take —— 阻塞特性的出队列
BlockingQueue 是一个接口 真正实现的类是 LinkedBlockingQueue
put 方法用于阻塞式的入队列, take 用于阻塞式的出队列
BlockingQueue 也有 offer, poll, peek 等方法, 但是这些方法不带有阻塞特性
程序仍在运行
现在来回顾一些循环队列的实现：
类属性的定义
类方法的实现
阻塞队列的实现：
一个队列要么空，要么满——take和put只有一边阻塞
如果take阻塞，其他线程调用take也会阻塞，只有靠put中的notify才能唤醒；put阻塞同样
在当前代码中如果interrupt唤醒wait，整个方法直接就结束了（throws）
如果是try/throw出现异常，代码不会结束，会继续往下执行（导致错误）
关键要点：当wait返回时，要进一步判断当前队列是否是满/空的
——>期望wait返回后再执行一次判断条件，条件成立，继续wait
使用wait时，可以使用while作为条件判定的方式——>让wait唤醒后，再确认一下条件是否满足
（java官方文档给出的建议）
阻塞队列还可以用来实现 “生产者—消费者模型”
3）定时器
约定一个时间，时间到达后，执行某个代码逻辑。定时器非常常见的日常开发组件，尤其是进行网络通信的时候
java标准库中也提供了定时器的实现：
定义一个timer添加多个任务（runnable），每个任务同时都会带有一个时间（delay）
1. Timer内置了线程（前台线程），需手动停止，否则timer不知道是否还要添加任务
——> timer.cancle();
2. 不能使用 lambda 表达式
得有函数式接口，interface 里面只能有这一个方法
3. 此处使用匿名内部类，继承 TimeTask 并且创建出一个实例，目的是为了重写run，通过run描述任务的详细情况
TimeTask 实现了 Runnable 接口
4. delay 决定当前任务什么时候执行，填写的时间以当前时刻为基准，再往后推
此刻传入的时间是“绝对时间”（完整的时间戳） // “相对时间”（时间间隔）
计时器的模拟实现：
1）创建一个类MyTimeTask，通过类对象来描述一个任务（至少包括任务内容和时间）
定义任务和时间，并重写构造方法（决定 time ——执行时间）
由于当前类是自定义的，实现比较要重写 compareTo 方法，并提供任务和时间的获取方法
2）需要一个数据结构，把所有任务都保存起来
创建一个优先级队列里保存任务，并创建一个方法实现任务的“入队列”
优先级队列并非是线程安全的，所以要加锁
3）定义一个类Timer，Timer中需要一个线程，扫描任务是否到时间可以执行了
1）创建一个线程不断扫描（while循环）当前的队首元素，看是否到达执行时间
2）在while循环内，先判断队列是否为空，若为空则 wait 阻塞等待直到入队列操作唤醒
3）若不为空，则 peek 出队首元素与当前时间比较一下，判断是否执行
4）若达到执行时间，则执行程序 t.starrt();
5）如未达到执行时间，使用待时间的 wait （时间为预计时间的差值，避免重复执行while循环，消耗CPU资源）
1）注意以上有两个 wait 需要唤醒——>PriorityBlockingQueue（阻塞队列）不方便实现这样的两处等待
2）为了唤醒第一处的 wait （队列为空），可以在入队列操作时加入 notify 唤醒
3）第一处的队列为空判断while，是为了防止 interrupt 唤醒 wait（try/catch 抛出异常后，程序仍然继续运行）
4）最后一处的 wait 是否可以使用 sleep ？ ——>不可以
当入队列一个执行时间更小的任务时，可以使用 schedule 唤醒这里的 wait ，让while再走一遍，重新拿到队首元素
4）线程池
1. 定义
使用多线程进行并发编程，需要频繁的创建销毁进程，成本较大
引入线程（轻量级进程）复用资源，来提高创建销毁的效率
随着销毁创建线程的频率进一步提升，开销依然无法忽略不计：
1）协程/纤程（轻量级线程）
2）线程池
提前把要是用的线程在线程池中准备好，需要用时就从池子里取，用完之后就还给池子
——>纯用户态代码，比内核操作更快，更可控
1）从线程池取——>纯用户态
创建新线程——>用户态+内核态
2）如果一段程序是在操作系统内核中执行——>内核态
3）操作系统是由 内核+配套的应用程序 构成，内核是操作系统最核心的部分
创建线程的操作需要调用系统API，进入到内核中，按照内核态的方式完成一系列的动作
4）操作系统内核是要给所有的进程提供服务的，当创建线程时，可能会做一些其他的事情，是不可控的
纯用户态是可控的
2. 标准库中的使用
标准库中，ThreadPoolExecutor 类表示线程池
ThreadPoolExecutor的参数：
1）int corePoolSize,int maximumPoolSize
核心线程数 最大线程数
2）long keepAliveTime,TimeUnit unit
保持存活时间 时间单位（s，min，ms，hour）
线程的空闲时间超过时间阈值（keepAliveTime），就会被销毁
3）BlockingQeque<Runnable> workQueue
和定时器类似，线程池中可以持有很多任务，也可以使用PriorityBlockingQueue（优先级）
使用 Runnable 来作为描述任务的主体
4）ThreadFactory threadFactory 线程工厂
工厂模式（设计模式），通过专门的“工厂类”/“工厂对象”来创建指定对象
通过这个工厂类，创建线程对象（Thread）
在这个类里面提供了方法（不一定是静态的），让方法封装 new Thread 操作，同时给Thread设置一些属性，构成了 ThreadFactory 线程工厂
在C++/Java中要想提供多个版本的构造方法，就需要让这多个构造方法能构成重载
重载要求：
1. 方法名相同 2. 形参的个数/类型不同
把工厂方法放到一个其他的类中，这个类就叫做“”工厂类
通过静态方法封装new操作，在放方法内部设定不同的属性完成对像的初始化，构造对象
——>工厂模式
5）RejectedExecutionHandler handler 拒绝策略
1. ThreadPoolExecutor.AbortPolicy —— 继续执行任务，直接抛出异常
新旧任务都不执行
2. ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy —— 新的任务由添加任务的线程执行
新任务会由调用者执行，不是线程池
3. ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy —— 丢弃最老的任务
4. ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy —— 丢弃最新的任务
新的任务不执行（调用的线程，线程池都不会执行）
3. Executors
ThreadPoolExecutor 本身使用较为复杂，因此标准库中还提供了另一个版本，把 ThreadPoolExecutor封装了一下
Executors 工厂类 通过这个类创建出不同的线程池对象（在内部把 ThreadPoolExecutor 创建好并且设置了不同的参数）
1) Executors.newFixedThreadPool();
线程数目固定
2）Executors.newCachedThreadPool();
线程数目能动态扩容
3）Executors.newSingleThreadExecutor();
只包含单个线程的线程池
4）Executors.newSingleThreadExecutor();
定时器类似物，能延时执行任务
Executors //简单调用
ThreadPoolExecutor //高度定制化
创建线程的时候，线程池的线程数量设置为多少合适？
1）如果一个进程中，所有的线程都是CPU密集型，每个线程所有的工作都是在CPU上执行，此时线程的数目不应该超过N（CPU逻辑核心数）
2）如果一个进程中，所有的线程都是IO密集型，每个线程所有的工作都是在等待IO，此时线程的数目可以远远超过超过N
尝试给线程池设定不同的线程数目，分别进行能测试，衡量每种线程数目下，总的时间开销和系统资源占用的开销，找到两者之间的合适值
CPU密集型—— 这个线程大部分时间都要在CPU上运行，进行计算
IO密集型—— 这个线程大部分时间否在等待IO，不需要去CPU上执行
4. 线程池的模拟实现
1）提供构造方法，指定创建多少个线程
2）在构造方法中，把这些线程都创建好
3）有一个阻塞队列，能够持有要执行的任务
4）提供 submit 方法，可以添加新任务
方法的调用：
可以发现当前代码报错了——>
lanbda 表达式的“变量获取”只能获取 final 值（Java中没有全局变量的概念）
在 submit 内部定义一个 n （事实final）变量
每次循环，都会有一个新的 n ，n 本身没有改变，就可以被捕获
程序不会停止，等待新的任务添加执行
多线程之间的执行顺序是不确定的，某个线程渠道某个任务，但是并非立即执行，这个过程另一个线程就插到前面了
上述的这些线程，彼此之间都是等价的
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