# Multi-Thread(多執行緒、多線程)
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## 1.執行緒(線程)簡介
### 概念
普通方法調用與執行緒的差異在於前者始終保持單一執行緒，當遇到方法調用時會調到該方法位置，等到方法執行完後再回到主執行緒接續執行，後者則是多執行路徑，主執行緒會與子執行緒<font color=red>**並行交替執行**</font>：


### Process與Thread的差別
我們寫的code是屬於靜態資源，當這個code被執行起來時就是process(os分配資源時，相當於一個殼)，而process裡面會存在很多thread，例如撥放影片時，會有畫面、字幕、聲音，每一個內容都是一個thread，包在process裡面：

<center><img src="https://i.imgur.com/NlTxTIV.png"></center>

稍微總結一下：
1.執行緒(線程)就是獨立的執行路徑。
2.執行緒(線程)的執行是由排程器(scheduler)安排的，與OS緊密相關，先後順序不能人為干預。
<font color=red>3.</font>對同一份資源操作時，會存在資源搶奪問題，需要加入併發控制；例如搶票，100個人搶10張票，如果不處理票數會變成-90，這是很嚴重的問題。
4.多執行緒(線程)會帶來額外開銷，例如CPU調度時間、併發控制的開銷等等。
5.每個執行緒(線程)只能在自己的工作記憶體溝通，記憶體控制不當會造成數據不一致。
## 2.執行緒(線程)創造
### Thread的創建方式


以官方文件來說，***第一種方法***主要是透過繼承Thread類來建構自訂義類，並且改寫run()方法，即可透過該物件執行start()方法，Thread類裡面本身就implement Runnable接口。


package MultiThread;

//注意：線程開啟不一定立即執行，由CPU調配
//創造執行緒(線程)方式一：繼承Thread類，重寫run()方法，調用start()開啟線程
public class TestThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        //run()方法線程本體
        for (int i = 0 ; i < 20 ; i++){
            System.out.println("run線程體"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //main線程，主線程

        //創建一個線程物件
        TestThread1 testThread1 = new TestThread1();

        //調用start()方法開啟線程
        testThread1.start();

        for (int i = 0 ; i < 20 ; i++){
            System.out.println("main主線程"+i);
        }
    }
}

利用多線程來實作練習下載Dcard熱門圖片：

package MultiThread;

import org.apache.commons.io.FileUtils; //導入apache io lib包

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;

//練習利用Thread，實現多線程同步下載圖片
public class TestThread2 extends Thread{

    private String url; //網路圖片網址
    private String name; //儲存的文件名稱

    //定義建構子
    public TestThread2(String url,String name){
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    //run()方法線程本體，下載圖片線程的執行體
    @Override
    public void run() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url,name);
        System.out.println("下載了文件名稱為"+name);
    }

    //main()主線程啟動
    public static void main(String[] args) {
        //下載Dcard熱門圖片為例
        TestThread2 t1 = new TestThread2("https://imgur.dcard.tw/F68dnyFh.png","藤子不二雄.jpg");
        TestThread2 t2 = new TestThread2("https://imgur.dcard.tw/p4Moy3Qh.jpg","多拉A夢.jpg");
        TestThread2 t3 = new TestThread2("https://imgur.dcard.tw/f0pECs1h.jpg","大拇指.jpg");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

//下載器
class WebDownloader{
    //下載方法
    public void downloader(String url,String name){
        try {
            //利用apache io lib的FileUtils工具
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO異常，downloader方法出現問題");
        }
    }
}

***創造執行緒(線程)方式二：***


package MultiThread;

//創造執行緒(線程)方式二：實現(implement) runnable接口，重寫run()方法，執行線程需要丟入runnable接口實現類，調用start()方法
public class TestThread3 implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        //run()方法線程本體
        for (int i = 0 ; i < 20 ; i++){
            System.out.println("run線程體"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //創建runnable接口的實現類物件
        TestThread3 testThread3 = new TestThread3();

        //創建線程物件，透過線程物件來開啟我們的線程，代理
//        Thread thread = new Thread(testThread3);
//
//        thread.start();
        new Thread(testThread3).start();

        for (int i = 0 ; i < 20 ; i++){
            System.out.println("main主線程"+i);
        }
    }
}

利用第二種方法改寫上面Dcard下載圖片範例：

package MultiThread;

import org.apache.commons.io.FileUtils; //導入apache io lib包

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;

//練習利用Thread，實現多線程同步下載圖片
public class TestThread2 implements Runnable{

    private String url; //網路圖片網址
    private String name; //儲存的文件名稱

    //定義建構子
    public TestThread2(String url,String name){
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    //run()方法線程本體，下載圖片線程的執行體
    @Override
    public void run() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url,name);
        System.out.println("下載了文件名稱為"+name);
    }

    //main()主線程啟動
    public static void main(String[] args) {
        //下載Dcard熱門圖片為例
        TestThread2 t1 = new TestThread2("https://imgur.dcard.tw/F68dnyFh.png","藤子不二雄.jpg");
        TestThread2 t2 = new TestThread2("https://imgur.dcard.tw/p4Moy3Qh.jpg","多拉A夢.jpg");
        TestThread2 t3 = new TestThread2("https://imgur.dcard.tw/f0pECs1h.jpg","大拇指.jpg");

        new Thread(t1).start();
        new Thread(t2).start();
        new Thread(t3).start();
    }
}

//下載器
class WebDownloader{
    //下載方法
    public void downloader(String url,String name){
        try {
            //利用apache io lib的FileUtils工具
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO異常，downloader方法出現問題");
        }
    }
}

小總結一下兩種實現多線程的方法，推薦使用Runnable接口，避免單一繼承的侷限性，較為靈活，可以讓一個物件被多個線程使用：

***創造執行緒(線程)方式三：***
跟前面兩種方式的主要差異在於callable是利用服務概念來做，必須定義回傳值，改寫的不是run()方法而是call()方法，且需要拋出異常，其他與前者大同小異，以下是以callable方是改寫下載Dcard圖片範例：

package MultiThread2;

import MultiThread.TestThread2;
import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.*;

//創造執行緒(線程)方式三：實現(implement) callable接口
/*
callable的好處
1.可以定義返回值
2.可以拋出異常
*/
public class TestCallable implements Callable<Boolean> {
    private String url; //網路圖片網址
    private String name; //儲存的文件名稱

    //定義建構子
    public TestCallable(String url,String name){
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    //run()方法線程本體，下載圖片線程的執行體
    @Override
    public Boolean call() {
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url,name);
        System.out.println("下載了文件名稱為"+name);
        return true;
    }

    //main()主線程啟動
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //下載Dcard熱門圖片為例
        TestCallable t1 = new TestCallable("https://imgur.dcard.tw/F68dnyFh.png","藤子不二雄.jpg");
        TestCallable t2 = new TestCallable("https://imgur.dcard.tw/p4Moy3Qh.jpg","多拉A夢.jpg");
        TestCallable t3 = new TestCallable("https://imgur.dcard.tw/f0pECs1h.jpg","大拇指.jpg");

        //創建執行服務
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);
        //提交執行
        Future<Boolean> r1 = ser.submit(t1);
        Future<Boolean> r2 = ser.submit(t2);
        Future<Boolean> r3 = ser.submit(t3);
        //獲取結果
        boolean rs1 = r1.get();
        boolean rs2 = r2.get();
        boolean rs3 = r3.get();
        //關閉服務
        ser.shutdown();
    }
}

//下載器
class WebDownloader{
    //下載方法
    public void downloader(String url,String name){
        try {
            //利用apache io lib的FileUtils工具
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url),new File(name));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("IO異常，downloader方法出現問題");
        }
    }
}

#### 練習，利用Sleep模擬龜兔賽跑情境

package MultiThread;

//模擬龜兔賽跑
public class Race implements Runnable{

    //勝利者
    private static String winner;

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0 ; i <= 100 ; i++){

            //模擬兔子休息
            if(Thread.currentThread().getName().equals("兔子")&& i%10==0){
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            //判斷比賽是否結束
            boolean flag = gameOver(i);
            //如果比賽結束了，就停止程序
            if(flag){
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->跑了"+i+"步");
        }
    }

    //判斷是否完成比賽
    private boolean gameOver(int steps){

        //判斷是否有勝利者
        if(winner!=null){
            return true;
        }{
            if(steps>=100){
                winner = Thread.currentThread().getName();
                System.out.println("winner is"+winner);
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Race race = new Race();
        new Thread(race,"兔子").start();
        new Thread(race,"烏龜").start();
    }
}

### 初步認識併發問題
以購買火車票為例，使用多個線程操作同一個物件，就像是很多人要做買票這個動作一樣：

package MultiThread;

//多個線程同時操作同一個物件
//買火車票的例子

//發現問題：多個線程操作同一個資源的情況下，線程不安全，數據紊亂
public class TestThread4 implements Runnable{

    //票數
    private int ticketNums = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if(ticketNums <= 0){
                break;
            }
            //模擬延遲
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"==>拿到了第"+ticketNums--+"票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread4 ticket = new TestThread4();

        new Thread(ticket,"小明").start();
        new Thread(ticket, "老師").start();
        new Thread(ticket, "黃牛").start();
    }
}

小明==>拿到了第10票
黃牛==>拿到了第10票
老師==>拿到了第10票
小明==>拿到了第9票
黃牛==>拿到了第8票
老師==>拿到了第7票
小明==>拿到了第6票
黃牛==>拿到了第5票
老師==>拿到了第4票
小明==>拿到了第3票
老師==>拿到了第3票
黃牛==>拿到了第3票
老師==>拿到了第2票
小明==>拿到了第1票
黃牛==>拿到了第0票

Process finished with exit code 0

結果：可以看到有很多時間點同一張票被多個人購買到，這就是多線程的併發問題。

### Lamda表達式
屬於函數式編譯，使用lambda表達式的好處為：
1. 避免內部類定義過多
2. 可以讓程式看起來較為簡潔
3. 去除一堆沒有意義的程式碼，只留下核心邏輯

Functional Interface(函數式介面、函數式接口)是lambda的關鍵所在，任何interface(介面、接口)如果只包含唯一一個抽象方法，那麼他就是一個函數式interface，對於函數式接口就可以透過lambda表達式來建立該接口的物件：
<center><img src="https://i.imgur.com/rkq39qZ.png"></center>

Lambda表達式就是一串簡化類別宣告的方式：

package com.ykma.lambda;

//推導lambda表達式
public class TestLambda1 {


    //3.靜態內部類
    static class Like2 implements ILike{
        @Override
        public void lambda() {
            System.out.println("I like lambda2");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ILike like = new Like();
        like.lambda();

        like = new Like2();
        like.lambda();

        //4.局部內部類
        class Like3 implements ILike{
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("I like lambda3");
            }
        }

        like = new Like3();
        like.lambda();

        //5.匿名內部類，沒有類的名稱，必須借助接口或著父類
        like = new ILike() {
            @Override
            public void lambda() {
                System.out.println("I like lambda4");
            }
        };
        like.lambda();

        //6.用Lambda簡化
        like = ()->{
            System.out.println("I like lambda5");
        };
        like.lambda();
    }
}

//1.定義一個函數式接口
interface ILike{
    void lambda();
}

//2.實現(實作)類
class Like implements ILike{
    @Override
    public void lambda() {
        System.out.println("I like lambda");
    }
}

可以更簡化...：

package com.ykma.lambda;

public class TestLambda2 {

    public static void main(String[] args) {
        Ilove love = null;
        //1.lambda表示簡化
        love = (int a) -> {
            System.out.println("i love you-->"+a);
        };

        //簡化1.參數類型
        love = (a) -> {
            System.out.println("i love you-->"+a);
        };

        //簡化2.簡化括號
        love = a -> {
            System.out.println("i love you-->"+a);
        };

        //簡化3.去掉大括號
        love = a -> System.out.println("i love you-->"+a);

        love.love(521);

        //總結:
            //lambda表達式只能有一行程式碼的情況下才能化簡為一行，否則須放在block內
            //前提是interface為函數式接口
            //多個參數也可以去掉參數類型，要去掉就全去掉，必須加上括號

    }
}

interface Ilove{
    void love(int a);
}

### 靜態代理模式(也是Thread底層的實現原理)
也就是真實物件與代理物件都要implement(實作、實現)同一個interface(介面、接口)，這樣做的好處是，代理物件可以做很多真實物件做不了的事情，而真實物件只需專注做自己的事情即可，以結婚為例，假如真實物件是你自己，代理物件是婚禮公司，所以真實物件只需做好結婚即可，代理物件件則可以透過共同實作結婚interface來執行真實物件的方法：

package com.ykma.StaticProxy;

//靜態代理模式總結
//真實物件與代理物件都必須implement(實現、實作)同一個interface(接口、介面)
//代理物件要代理真實角色
public class StaticProxy {
    public static void main(String[] args) {
        WeddingCompany weddingCompany = new WeddingCompany(new You());
        weddingCompany.HappyMarry();

        //其實Thread底層也是透過靜態代理來做的，因為Thread類本身就實現runnable接口，
        // 而內部給定的真實物件就是runnable物件
        new Thread( () -> System.out.println("我愛你") ).start();
    }
}

interface Marry{
    void HappyMarry();
}

//真實角色，你去結婚
class You implements Marry{
    @Override
    public void HappyMarry() {
        System.out.println("我結婚了，超開心");
    }
}

//代理角色，幫助你結婚
class WeddingCompany implements Marry{

    //代理誰 ==> 真實目標角色
    private Marry target;

    public WeddingCompany(Marry target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public void HappyMarry() {
        before();
        this.target.HappyMarry(); //這就是真實物件
        after();
    }

    private void before() {
        System.out.println("結婚之前，布置現場");
    }

    private void after() {
        System.out.println("結婚之後，收尾款");
    }
}

### 執行緒(線程)狀態概念
分為5種狀態，也就是OS流程轉換圖(STD)的內容：

### 執行緒(線程)常用方法
由上而下分別為更改優先權、休眠、插隊、禮讓(讓已進入CPU的線程拉出來重新競爭)、中斷(不建議使用)、是否存活：


### 停止執行緒(線程)
JDK原生有提供一些方法，像是stop()、destroy()，但這種強制線程停止的做法不推薦使用，並且官方也已經廢棄這些方法，應該讓線程自己停下來，利用Flag概念來記錄線程狀態：


package com.ykma.state;

//測試stop線程
//1.建議線程正常停止--->利用次數，不建議死循環
//2.建議使用Flag ---> 設置一個Flag值
//3.不要使用stop或destory等過時或是JDK不建議使用的方法
public class TestStop implements Runnable{

    //1.設定一個flag
    private boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        int i = 0;
        while (flag){
            System.out.println("run....Thread!"+i++);
        }
    }

    //2.設定一個公開的方法停止線程，轉換flag值
    public void stop(){
        this.flag = false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestStop testStop = new TestStop();
        new Thread(testStop).start();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("main"+i);
            if (i == 900){
                //調用stop方法切換flag值，讓線程停止
                testStop.stop();
                System.out.println("線程該停止了");
            }
        }
    }
}

### 執行緒(線程)休眠
透過sleep()方法可以讓線程休眠，指定時間之後該線程會重新回到ready狀態等待重新拿到CPU，詳細內容如下：


package com.ykma.state;

import MultiThread.TestThread4;

//模擬網路延遲：放大問題的發生性
public class TestSleep implements Runnable{
    //票數
    private int ticketNums = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if(ticketNums <= 0){
                break;
            }
            //模擬延遲，如果沒有延遲，可能看不到問題，因為CPU速度很快，小明或任何人可以一次拿走所有票
            //但加入延遲可以避免這種獨佔狀況，可以放大細節看出資源搶奪問題
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"==>拿到了第"+ticketNums--+"票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestSleep ticket = new TestSleep();

        new Thread(ticket,"小明").start();
        new Thread(ticket, "老師").start();
        new Thread(ticket, "黃牛").start();
    }
}

模擬倒計時與列印系統目前時間：

package com.ykma.state;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.logging.SimpleFormatter;

//模擬倒計時
public class TestSleep2 {
    public static void main(String[] args) {
//        try {
//            tenDown();
//        } catch (InterruptedException e) {
//            e.printStackTrace();
//        }

        //列印當前系統時間
        Date startTime = new Date(System.currentTimeMillis()); //獲取系統當前時間
        while (true){
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(startTime));
                startTime = new Date(System.currentTimeMillis()); //更新當前系統時間
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    //模擬倒計時
    public static void tenDown() throws InterruptedException {
        int num = 10;
        while (true){
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(num--);
            if (num <= 0){
                break;
            }
        }
    }
}

***<font color=red>sleep()最重要的概念是，每一個物件都有一個鎖(Lock)，sleep不會釋放鎖。</font>***

### 執行緒(線程)禮讓
yield()方法可以讓正在執行的線程(獲得CPU)退出到ready狀態重新爭奪CPU，讓CPU重新調度，***禮讓不代表一定會成功，主要看CPU心情***：


package com.ykma.state;

//測試禮讓線程
//禮讓不一定成功，看CPU心情
public class TestYield {
    public static void main(String[] args) {
        MyYield myYield = new MyYield();

        new Thread(myYield,"a").start();
        new Thread(myYield,"b").start();
    }
}

class MyYield implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"線程開始執行");
        Thread.yield();//禮讓
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"線程停止執行");
    }
}

### 執行緒(線程)插隊

package com.ykma.state;

//測試join方法，想像為插隊
public class TestJoin implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("線程VIP來了"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        //啟動我們的線程
        TestJoin testJoin = new TestJoin();
        Thread thread = new Thread(testJoin);
        thread.start();

        //主線程
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            if (i==200){
                thread.join();
            }
            System.out.println("main"+i);
        }
    }
}

### 執行緒(線程)狀態規則

package com.ykma.state;

public class TestState {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("///////");
        });

        //觀察狀態
        Thread.State state = thread.getState();
        System.out.println(state); //NEW

        //觀察啟動後
        thread.start();//啟動線程
        state = thread.getState();
        System.out.println(state); //Run

        //只要線程不終止，就一直輸出狀態
        while (state != Thread.State.TERMINATED){
            Thread.sleep(100);
            state = thread.getState(); //更新線程狀態
            System.out.println(state); //輸出狀態
        }
    }
}

### 執行緒(線程)優先級(權重)

package com.ykma.state;

//測試線程的優先級
public class TestPriority {
    public static void main(String[] args) {
        //主線程默認優先級
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---->"+Thread.currentThread().getPriority());

        MyPriority myPriority = new MyPriority();
        Thread t1 = new Thread(myPriority);
        Thread t2 = new Thread(myPriority);
        Thread t3 = new Thread(myPriority);
        Thread t4 = new Thread(myPriority);
        Thread t5 = new Thread(myPriority);
        Thread t6 = new Thread(myPriority);

        //先設定優先級，再啟動
        t1.start();

        t2.setPriority(1);
        t2.start();

        t3.setPriority(4);
        t3.start();

        t4.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY); //MAX_PRIORITY = 10
        t4.start();
    }
}

class MyPriority implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---->"+Thread.currentThread().getPriority());
    }
}

### 守護執行緒(線程)
線程分為用戶線程跟守護線程，其實gc()就是一個守護線程：

package com.ykma.state;

//測試守護線程
//上帝守護你
public class TestDaemon {
    public static void main(String[] args) {
        God god = new God();
        You you = new You();

        Thread thread = new Thread(god);
        thread.setDaemon(true); //預設是false表示為用戶線程，正常的線程都是用戶線程
        thread.start(); //上帝守護線程啟動

        new Thread(you).start(); //你 用戶線程啟動
    }

}

//上帝
class God implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println("上帝保佑著你");
        }
    }
}

//你
class You implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 36500; i++) {
            System.out.println("你一生都開心活著");
        }
        System.out.println("--------GoodBye! World--------");
    }
}

## 3.執行緒(線程)同步
### 併發
也就是多個線程同時操作同一個物件之情形：

### 執行緒(線程)同步
線程同步就是為了處理併發問題的一種等待機制，也就是讓線程排隊(對列)，讓多個需要操作此物件的線程進入該物件的等待池形成對列，等前一個線程使用完畢在換下一個線程使用：


### 鎖(Lock)
為了保證線程的安全，鎖的概念很重要，當一個線程在使用資源時，必須利用鎖來保證其他的線程不會同時進入來搶奪資源，而這個鎖是物件本身的，每個物件都有一把鎖，所以<font color=red>***對列+鎖才能解決線程不安全的問題***</font>，這就叫線程同步，而線程同步在JAVA內有一個關鍵字<font color=red>***synchronized***</font>，但也存在以下問題，要保證安全性勢必會降低性能、高權重線程等待低權重線程釋放鎖引起性能倒置：


### 三大不安全案例模擬
1.不安全的買票：

package com.ykma.syn;

//不安全的買票
//線程不安全，有負數
public class UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();

        new Thread(station,"小王").start();
        new Thread(station,"小明").start();
        new Thread(station,"黃牛").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable{

    //票
    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        //買票
        while (flag){
            try {
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    private void buy() throws InterruptedException {
        //判斷是否有票
        if (ticketNums<=0){
            flag = false;
            return;
        }
        //模擬延遲(放大問題)
        Thread.sleep(100);
        //買票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
    }
}

2.不安全的領錢

package com.ykma.syn;

//不安全的領錢
//兩個人去銀行領錢，帳戶
public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        //帳戶
        Account account = new Account(100,"結婚基金");

        Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
        Drawing girlFriend = new Drawing(account,100,"girlFriend");

        you.start();
        girlFriend.start();
    }
}

//帳戶
class Account{
    int money;
    String name;

    public Account(int money, String name) {
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}

//銀行，模擬領錢
class Drawing extends Thread{
    Account account; //帳戶
    //領了多少錢
    int drawingMoney;
    //現在手裡有多少錢
    int nowMoney;

    public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;
    }

    //領錢
    @Override
    public void run() {
        //判斷有沒有錢
        if(account.money - drawingMoney <0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"錢不夠，領不了");
            return;
        }

        //sleep可以放大問題的發生性
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //卡內餘額 = 餘額 - 你領的錢
        account.money = account.money - drawingMoney;
        //你手裡的錢
        nowMoney = nowMoney + drawingMoney;

        System.out.println(account.name+"餘額為:"+account.money);
        //Thread.currentThread().getName() = this.getName()
        System.out.println(this.getName()+"手裡的錢:"+nowMoney);
    }
}

3.線程不安全的集合

package com.ykma.syn;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//預期會有10000，實際不到，存在不安全問題
//原因是同時間有兩個線程都想存到list中的同一個位置，導致先加入的被覆蓋掉
public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

### 同步方法synchronized
透過synchronized關鍵字來保證線程的同步：


同步方法也存在弊端，鎖太多內容會降低效率，正常只需鎖需修改的部分，此時需要使用synchronized block：


synchronized block(同步區塊)：


1.透過同步方法改寫買票案例

package com.ykma.syn;

//不安全的買票
//線程不安全，有負數
public class UnsafeBuyTicket {
    public static void main(String[] args) {
        BuyTicket station = new BuyTicket();

        new Thread(station,"小王").start();
        new Thread(station,"小明").start();
        new Thread(station,"黃牛").start();
    }
}

class BuyTicket implements Runnable{

    //票
    private int ticketNums = 10;
    boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        //買票
        while (flag){
            try {
                buy();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    //synchronized 同步方法，鎖的是this
    private synchronized void buy() throws InterruptedException {
        //判斷是否有票
        if (ticketNums<=0){
            flag = false;
            return;
        }
        //模擬延遲(放大問題)
        Thread.sleep(200);
        //買票
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到"+ticketNums--);
    }
}

2.透過同步區塊改寫銀行案例

package com.ykma.syn;

//不安全的領錢
//兩個人去銀行領錢，帳戶
public class UnsafeBank {
    public static void main(String[] args) {
        //帳戶
        Account account = new Account(1000,"結婚基金");

        Drawing you = new Drawing(account,50,"你");
        Drawing girlFriend = new Drawing(account,100,"girlFriend");

        you.start();
        girlFriend.start();
    }
}

//帳戶
class Account{
    int money;
    String name;

    public Account(int money, String name) {
        this.money = money;
        this.name = name;
    }
}

//銀行，模擬領錢
class Drawing extends Thread{
    Account account; //帳戶
    //領了多少錢
    int drawingMoney;
    //現在手裡有多少錢
    int nowMoney;

    public Drawing(Account account,int drawingMoney,String name){
        super(name);
        this.account = account;
        this.drawingMoney = drawingMoney;
    }

    //領錢
    //synchronized預設鎖的是this，這裡的this就是Drawing，但我們要鎖的其實是帳戶account
    //但是drawing分別由你和女朋友兩個產生兩個物件(ATM領錢跟手機領錢不衝突)
    //對於不同物件，並不是同步問題，這裡使用鎖就鎖不住，等於是兩邊各自加鎖
    @Override
    public void run() {

        //鎖的物件就是變化的量，需要增刪改
        synchronized (account){
            //判斷有沒有錢
            if(account.money - drawingMoney <0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"錢不夠，領不了");
                return;
            }

            //sleep可以放大問題的發生性
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            //卡內餘額 = 餘額 - 你領的錢
            account.money = account.money - drawingMoney;
            //你手裡的錢
            nowMoney = nowMoney + drawingMoney;

            System.out.println(account.name+"餘額為:"+account.money);
            //Thread.currentThread().getName() = this.getName()
            System.out.println(this.getName()+"手裡的錢:"+nowMoney);
        }
    }
}

3.透過同步區塊來改寫線程不安全的集合案例

package com.ykma.syn;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//預期會有10000，實際不到，存在不安全問題
//原因是同時間有兩個線程都想存到list中的同一個位置，導致先加入的被覆蓋掉
public class UnsafeList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(() -> {
                synchronized (list){
                    list.add(Thread.currentThread().getName());
                }
            }).start();
        }

        //這裡如果不加sleep，結果依然不是10000，因為Thread還沒執行完，主線程就先印出了
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

==補充==：JAVA內有一個JUC(Java Util Concurrent)包，專門主處理併發問題，裡面就有安全類型的集合，Thread啟動方法三callable也使用此包，透過JUC改寫第三個案例：

package com.ykma.syn;

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

//測試JUC安全類型的集合
public class TestJUC {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread( () -> {
                list.add(Thread.currentThread().getName());
            }).start();
        }

        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(list.size());
    }
}

### 死結、死鎖(DeadLock)
多個線程各自擁有一些共享資源，必須等待其他線程釋放之後才能繼續執行，這個等待對方釋放資源導致自己停止的情況稱為死結(DeadLock)，也就是某一個同步區塊<font color="red">**同時擁有兩個以上物件的鎖**</font>：


package com.ykma.deadlock;

//死鎖：多個線程互相抱著對方需要的資源，然後形成僵持
public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup g1 = new Makeup(0,"灰姑娘");
        Makeup g2 = new Makeup(1,"白雪公主");

        g1.start();
        g2.start();
    }
}

//口紅
class Lipstick{

}

class Mirror{

}

class Makeup extends Thread{

    //需要的資源只有一份，用static來保證只有一份
    static Lipstick lipstick = new Lipstick();
    static Mirror mirror = new Mirror();

    int choice; //選擇
    String girlName; //使用化妝品的人

    Makeup(int choice,String girlName){
        this.choice = choice;
        this.girlName = girlName;
    }


    @Override
    public void run() {
        //化妝
        try {
            makeup();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //化妝，互相持有對方的鎖，就是需要拿到對方的資源
    private void makeup() throws InterruptedException {
        if (choice == 0){
            synchronized (lipstick){ //獲得口紅的鎖
                System.out.println(this.girlName+"獲得口紅的鎖");
                Thread.sleep(1000);
                synchronized (mirror){ //一秒鐘後想獲得鏡子
                    System.out.println(this.girlName+"獲得鏡子的鎖");
                }
            }
        }else{
            synchronized (mirror){ //獲得鏡子的鎖
                System.out.println(this.girlName+"獲得鏡子的鎖");
                Thread.sleep(2000);
                synchronized (lipstick){ //兩秒鐘後想獲得口紅
                    System.out.println(this.girlName+"獲得口紅的鎖");
                }
            }
        }
    }
}

這樣就形成DeadLock，如果要避免，把同步區塊拉出來即可，讓他們各自避免同時擁有兩個物件的鎖：

package com.ykma.deadlock;

//死鎖：多個線程互相抱著對方需要的資源，然後形成僵持
public class DeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Makeup g1 = new Makeup(0,"灰姑娘");
        Makeup g2 = new Makeup(1,"白雪公主");

        g1.start();
        g2.start();
    }
}

//口紅
class Lipstick{

}

class Mirror{

}

class Makeup extends Thread{

    //需要的資源只有一份，用static來保證只有一份(重要)
    static Lipstick lipstick = new Lipstick();
    static Mirror mirror = new Mirror();

    int choice; //選擇
    String girlName; //使用化妝品的人

    Makeup(int choice,String girlName){
        this.choice = choice;
        this.girlName = girlName;
    }


    @Override
    public void run() {
        //化妝
        try {
            makeup();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //化妝，互相持有對方的鎖，就是需要拿到對方的資源
    private void makeup() throws InterruptedException {
        if (choice == 0){
            synchronized (lipstick){ //獲得口紅的鎖
                System.out.println(this.girlName+"獲得口紅的鎖");
                Thread.sleep(1000);
            }
            synchronized (mirror){ //一秒鐘後想獲得鏡子
                System.out.println(this.girlName+"獲得鏡子的鎖");
            }
        }else{
            synchronized (mirror){ //獲得鏡子的鎖
                System.out.println(this.girlName+"獲得鏡子的鎖");
                Thread.sleep(2000);
            }
            synchronized (lipstick){ //兩秒鐘後想獲得口紅
                System.out.println(this.girlName+"獲得口紅的鎖");
            }
        }
    }
}

死結(死鎖)避免的方法(4大條件)：


### Lock鎖
與synchronized差不多，但是它提供了顯式定義，synchronized則是隱式定義，他是屬於JUC包內的Lock介面(接口)，透過ReentranLock(可重入鎖)類實現了Lock：



模擬搶票，透過Lock改寫：

package com.ykma.HighLevel;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

//測試Lock鎖
public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        TestLock2 testLock2 = new TestLock2();

        new Thread(testLock2,"A").start();
        new Thread(testLock2,"B").start();
        new Thread(testLock2,"C").start();
    }
}


class TestLock2 implements Runnable{

    int ticketNums = 1000;

    //定義lock鎖
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    @Override
    public void run() {
        while (true){

            try {
                lock.lock(); //加鎖
                if (ticketNums > 0){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"拿到了第"+ticketNums--+"張票");
                }else {
                    break;
                }
            }finally {
                lock.unlock(); //解鎖
            }
        }
    }
}

Lock與Synchronized的對比：


## 4.執行緒(線程)協作
### 執行緒(線程)通訊(生產者與消費者問題)場景


### 執行緒(線程)通訊分析與解決方案


JAVA提供了一些方法來解決線程間的通訊問題：


解決方法1，管程法，透過中介暫存：


解決方法2，訊號燈法，也就是利用flag：


### 管程法

package com.ykma.HighLevel;

//測試：生產者消費者模型 --> 利用緩衝區解決：管程法

//生產者，消費者，產品，緩衝區
public class TestPC {
    public static void main(String[] args) {
        SynContainer container = new SynContainer();

        new Productor(container).start();
        new Consumer(container).start();
    }
}

//生產者
class Productor extends Thread{
    SynContainer container;

    public Productor(SynContainer container){
        this.container = container;
    }

    //生產
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            container.push(new Chicken(i));
            System.out.println("生產了"+i+"隻雞");
        }
    }
}

//消費者
class Consumer extends Thread{
    SynContainer container;

    public Consumer(SynContainer container){
        this.container = container;
    }

    //消費
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("消費了-->"+container.pop().id+"隻雞");
        }
    }
}

//產品
class Chicken{
    int id; //產品編號

    public Chicken(int id) {
        this.id = id;
    }
}

//緩衝區
class SynContainer{

    //需要一個容器大小
    Chicken[] chickens = new Chicken[10];
    //容器計數器
    int count = 0;

    //生產者放入產品
    public synchronized void push(Chicken chicken){
        //如果容器滿了，就需要等待消費者消費
        if (count==chickens.length){
            //通知消費者消費，生產等待
            try{
                this.wait();
            }catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果沒有滿，我們就需要丟入產品
        chickens[count] = chicken;
        count++;

        //可以通知消費者消費了
        this.notifyAll();
    }

    //消費者消費產品
    public synchronized Chicken pop(){
        //判斷能否消費
        if (count==0){
            //等待生產者生產，消費者等待
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        //如果可以消費
        count--;
        Chicken chicken = chickens[count];

        //吃完了，通知生產者生產
        this.notifyAll();

        return chicken;
    }
}

### 訊號燈法(flag)

package com.ykma.HighLevel;

//測試生產者消費者問題2：訊號燈法，flag解決
public class TestPC2 {
    public static void main(String[] args) {
        TV tv = new TV();
        new Player(tv).start();
        new Watcher(tv).start();
    }
}

//生產者-->演員
class Player extends Thread{
    TV tv;
    public Player(TV tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i%2==0){
                this.tv.play("忍者哈特利");
            }else {
                this.tv.play("廣告");
            }
        }
    }
}
//消費者-->觀眾
class Watcher extends Thread{
    TV tv;
    public Watcher(TV tv){
        this.tv = tv;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            tv.watch();
        }
    }
}
//產品-->節目
class TV{
    //演員表演，觀眾等待 T
    //觀眾觀看，演員等待 F
    String voice; //表演的節目
    boolean flag = true;

    //表演
    public synchronized void play(String voice){

        if (!flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        System.out.println("演員表演了："+voice);
        //通知觀眾觀看
        this.notifyAll(); //通知喚醒
        this.voice = voice;
        this.flag = !this.flag;
    }

    //觀看
    public synchronized void watch(){
        if (flag){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("觀看了："+voice);
        //通知演員表演
        this.notifyAll();
        this.flag = !this.flag;
    }
}

### 執行緒(線程)池

對於大量的線程，每次使用時建構與銷毀會耗費相當大的資源，對於性能影響很大，線程池的概念就像提前創建好多個線程，放進池裡，使用時直接拿，用完放回，避免重複創造跟銷毀，達到優化，好處有很多，因為統一管理可以對池做相關操作：


線程池有相關的ExecutorService與Executors介面(接口)：


package com.ykma.HighLevel;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

//測試線程池
public class TestPool {
    public static void main(String[] args) {
        //1.創建服務，創建線程池
        //newFixedThreadPool 參數為：線程池大小
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);

        //執行
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());
        service.execute(new MyThread());

        //2.關閉連接
        service.shutdown();
    }
}

class MyThread implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

ExecutorService接口透過Excutors創建線程池，執行則為Runnable透過execute執行，Callable則透過submit提交，值得注意的是，Callable是有返回值的，Runnable則沒有。

## 4.總結

透過程式來回顧一下以上核心操作：

package com.ykma.HighLevel;

import javax.swing.plaf.TableHeaderUI;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

//回顧總結線程創建
public class ThreadNew {
    public static void main(String[] args) {
        new MyThread1().start();

        new Thread(new MyThread2()).start();

        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(new MyThread3());
        new Thread(futureTask).start();

        try {
            Integer integer = futureTask.get();
            System.out.println(integer);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

//1.繼承Thread類
class MyThread1 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread1");
    }
}

//2.實現Runnable接口
class MyThread2 implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread2");
    }
}

//3.實現Callable接口
class MyThread3 implements Callable<Integer>{

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println("MyThread3");
        return 100;
    }
}