等待唤醒机制----线程池----lambda表达式

1、等待唤醒机制

1.1线程间通信

概念：多个线程在处理同一个资源，但是处理的动作（线程的任务）却不相同。
比如：线程A用来生成包子的，线程B用来吃包子的，包子可以理解为同一资源，线程A与线程B处理的动作，一个是生产，一个是消费，那么线程A与线程B之间就存在线程通信问题。

1.2等待唤醒机制

什么是等待唤醒机制
这是多个线程间的一种协作机制。谈到线程我们经常想到的是线程间的竞争（race），比如去争夺锁，但这并不是故事的全部，线程间也会有协作机制。就好比在公司里你和你的同事们，你们可能存在在晋升时的竞争，但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。
就是在一个线程进行了规定操作后，就进入等待状态（wait()）， 等待其他线程执行完他们的指定代码过后 再将其唤醒（notify()）;在有多个线程进行等待时， 如果需要，可以使用 notifyAll()来唤醒所有的等待线程。
wait/notify 就是线程间的一种协作机制。
等待唤醒中的方法
等待唤醒机制就是用于解决线程间通信的问题的，使用到的3个方法的含义如下：

1. wait：线程不再活动，不再参与调度，进入 wait set 中，因此不会浪费 CPU 资源，也不会去竞争锁了，这时的线程状态即是 WAITING。它还要等着别的线程执行一个特别的动作，也即是“通知（notify）”在这个对象上等待的线程从wait set 中释放出来，重新进入到调度队列（ready queue）中
2. notify：则选取所通知对象的 wait set 中的一个线程释放；例如，餐馆有空位置后，等候就餐最久的顾客最先入座。
3. notifyAll：则释放所通知对象的 wait set 上的全部线程。
   调用wait和notify方法需要注意的细节

1. wait方法与notify方法必须要由同一个锁对象调用。因为：对应的锁对象可以通过notify唤醒使用同一个锁对象调用的wait方法后的线程。
2. wait方法与notify方法是属于Object类的方法的。因为：锁对象可以是任意对象，而任意对象的所属类都是继承了Object类的。
3. wait方法与notify方法必须要在同步代码块或者是同步函数中使用。因为：必须要通过锁对象调用这2个方法。

案例

Main.java

/**
 * 分析：需要哪些类
 * 资源类：包子类
 *      设置包子的属性
 *          皮
 *          馅
 *          包子的状态：有，没有
 * 生产者：（包子铺）是一个线程类
 *      设置线程任务：生产包子
 *      对包子状态进行判断
 *      有包子
 *          包子铺调用wait方法进入等待状态
 *      没有包子
 *          包子铺生产包子
 *          增加一些趣味性：交替生产两种包子
 *              有两种状态（i%2==0）
 *          包子铺生产好了包子修改包子的状态为true
 *          唤醒吃货线程，让吃货线程吃包子
 * 消费者：（吃货）是一个线程类可以继承Thread
 *      设置线程任务：吃包子
 *      对包子状态进行判断
 *      false:没有包子
 *          吃货线程调用wait进入等待状态
 *      true:有包子
 *          吃货吃包子
 *          吃货吃完包子修改包子状态为false
 *          唤醒包子铺线程，让包子铺生产包子
 * 测试类：
 *      包含main方法，程序执行的入口，启动程序
 *      创建包子对象
 *      创建包子铺线程 开启
 *      创建吃货线程   开启
 */
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Bun bun = new Bun();
        new TakeBun(bun).start();
        new EatBun(bun).start();
    }
}

Bun.java

/**
 * 资源类：包子类
 *      设置包子的属性
 *          皮
 *          馅
 *          包子的状态：有，没有
 */
public class Bun {
    String pi;
    String xian;
    //初始值设置为false
    Boolean flag = false;
}

**TakeBun.java **

/**
 * 生产者：（包子铺）是一个线程类
 *      设置线程任务：生产包子
 *      对包子状态进行判断
 *      有包子
 *          包子铺调用wait方法进入等待状态
 *      没有包子
 *          包子铺生产包子
 *          增加一些趣味性：交替生产两种包子
 *              有两种状态（i%2==0）
 *          包子铺生产好了包子修改包子的状态为true
 *          唤醒吃货线程，让吃货线程吃包子
 * 注意：
 *      包子铺线程和吃货线程关系--》通信（互斥）
 *      必须使用同步技术保证两个线程只有一个在执行
 *      锁对象必须是唯一的，可以使用包子对象作为锁对象
 *      包子铺类和吃货类就需要把包子对象作为参数对象传递进来
 *          1.需要在成员位置创建一个包子变量
 *          2.使用带参数的构造方法，为这个包子变量赋值
 */
public class TakeBun extends Thread {
    //定义一个包子变量的属性，作为锁
    Bun bun;
    public TakeBun(Bun bun) {
        this.bun = bun;
    }
    @Override
    public void run() {
        int count=0;
        while (true){
            synchronized (bun){
                if (bun.flag==true){
                    try {
                        bun.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                if (count%2==0){
                    //生产其中一种包子
                    bun.pi="薄皮";
                    bun.xian="猪肉大葱";
                }else {
                    //生产另一种包子
                    bun.pi="厚皮";
                    bun.xian="三鲜馅";
                }
                count++;
                System.out.println("包子铺正在生产"+bun.pi+bun.xian+"包子");
                //生产需要3秒钟
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                //生产好了包子
                //修改包子的状态为有
                bun.flag=true;
                //唤醒吃货线程，让吃货线程吃包子
                bun.notify();
                System.out.println("包子铺生产好了"+bun.pi+bun.xian+"包子");
            }
        }
    }
}

EatBun.java

/**
 * 消费者：（吃货）是一个线程类可以继承Thread
 *      设置线程任务：吃包子
 *      对包子状态进行判断
 *      false:没有包子
 *          吃货线程调用wait进入等待状态
 *      true:有包子
 *          吃货吃包子
 *          吃货吃完包子修改包子状态为false
 *          唤醒包子铺线程，让包子铺生产包子
 * 注意：
 *      包子铺线程和吃货线程关系--》通信（互斥）
 *      必须使用同步技术保证两个线程只有一个在执行
 *      锁对象必须是唯一的，可以使用包子对象作为锁对象
 *      包子铺类和吃货类就需要把包子对象作为参数对象传递进来
 *          1.需要在成员位置创建一个包子变量
 *          2.使用带参数的构造方法，为这个包子变量赋值
 */
public class EatBun extends Thread {
    //定义一个包子变量的属性，作为锁
    Bun bun;
    public EatBun(Bun bun) {
        this.bun = bun;
    }
    @Override
    public void run() {
        synchronized (bun){
            while (true){
                //false:没有包子,吃货线程调用wait进入等待状态
                if(bun.flag==false){
                    try {
                        bun.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }else {
                    //吃货吃包子,吃3秒钟
                    System.out.println("吃货正在吃"+bun.pi+bun.xian+"包子");
                    try {
                        Thread.sleep(3000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    bun.flag=false;
                    System.out.println("吃货吃完了"+bun.pi+bun.xian+"包子");
                    bun.notify();
                    System.out.println("---------------------------------------------");
                }
            }
        }
    }
}

效果

线程池

概念

使得线程可以复用，就是执行完一个任务，并不被销毁，而是可以继续执行其他的任务。在Java中可以通过线程池来达到这样的效果。
线程池：其实就是一个容纳多个线程的容器，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作，
无需反复创建线程而消耗过多资源。
合理利用线程池能够带来三个好处：

1. 降低资源消耗。减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。
2. 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
3. 提高线程的可管理性。可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内
   存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。

线程池API及案例

java.util.concurrent.Executor这是一个线程池的工厂类
Executors类中有个创建线程池的方法如下：
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) ：返回线程池对象。(创建的是有界线程池,也就是池中的线程个数可以指定最大数量)获取到了一个线程池ExecutorService 对象，那么怎么使用呢，
在这里定义了一个使用线程池对象的方法如下：
public Future<?> submit(Runnable task) :获取线程池中的某一个线程对象，并执行

简单而言就是创建一个线程池，给他一个任务取出一个线程让他去执行

Main.java

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

/**
 * 线程池：JDK1.5之后提供的
 * java.util.concurrent.Executor:线程池的工厂类，用来生产线程池
 * Executor类中的静态方法：
 *      static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)创建一个可重用固定线程数的线程池
 *      参数：
 *          int nThreads:创建线程池中包含的线程数量
 *      返回值：
 *          ExecutorService接口，返回的是ExecutorService接口的实现类对象，我们可以使用ExecutorService接口接受（面向接口编程）
 * java.util.concurrent.ExecutorService：线程池接口
 *      用来从线程池中获取线程，调用start方法，执行线程任务
 *          submit(Runnable task):提交一个Runnable任务用于执行
 *      关闭/销毁线程池的方法（了解）
 *          void shutdown()
 * 线程池的使用步骤
 *      1.使用线程池的工厂类Executors里面提供的静态方法newFixedThreadPool生产一个指定线程数量的线程池
 *      2.创建一个类，实现Runnable接口，重写run方法，设置线程任务
 *      3.调用ExecutorService中的方法submit,传递线程任务（第二步创建的类）
 *      4.调用ExecutorService中的方法shutdown销毁线程池（不建议执行）
 * 线程池可以一直使用，线程运行结束会将线程归还线程池
 */
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);
        service.submit(new RunnableImp());
        service.submit(new RunnableImp());
        service.submit(new RunnableImp());
        service.submit(new RunnableImp());

        service.shutdown();//关闭线程池，不建议执行
    }
}

RunnableImp .java

public class RunnableImp implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行了");
    }
}

lambda表达式

函数式编程思想

函数式思想则尽量忽略面向对象的复杂语法——强调做什么，而不是以什么形式做。
面向对象的思想:
做一件事情,找一个能解决这个事情的对象,调用对象的方法,完成事情.
函数式编程思想:
只要能获取到结果,谁去做的,怎么做的都不重要,重视的是结果,不重视过程

lambda的使用前提

Lambda的语法非常简洁，完全没有面向对象复杂的束缚。但是使用时有几个问题需要特别注意：

• 使用Lambda必须具有接口，且要求接口中有且仅有一个抽象方法。
  无论是JDK内置的Runnable 、Comparator 接口还是自定义的接口，只有当接口中的抽象方法存在且唯一
  时，才可以使用Lambda。
• 使用Lambda必须具有上下文推断。
  也就是方法的参数或局部变量类型必须为Lambda对应的接口类型，才能使用Lambda作为该接口的实例。

lambda的标准格式

Lambda省去面向对象的条条框框，格式由3个部分组成：

• 一些参数
• 一个箭头
• 一段代码
  Lambda表达式的标准格式为：

(参数类型 参数名称) ‐> { 代码语句 }

格式说明：

• 小括号内的语法与传统方法参数列表一致：无参数则留空；多个参数则用逗号分隔。
• -> 是新引入的语法格式，代表指向动作。
• 大括号内的语法与传统方法体要求基本一致。

例子

匿名内部类，lambda分别实现创建一个线程

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //匿名内部类实现多线程
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"创建成功了");
            }
        }).start();
       //lambda实现
       new Thread(()->{ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"创建成功了"); }) .start();
    }
}

效果

案例2：给定一个厨子Cook 接口，内含唯一的抽象方法makeFood ，且无参数、无返回值。
Cook.java

public interface Cook {
    void makeFood();
}

Main.java

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //匿名内部类形式
        invokeCook(new Cook() {
            @Override
            public void makeFood() {
                System.out.println("吃饭了匿名内部类");
            }
        });
        //lambda形式
        invokeCook(()->{ System.out.println("吃饭了lambda表达式"); });
    }
    private static void invokeCook(Cook cook) {
        cook.makeFood();
    }
}

案例3：
需求:
使用数组存储多个Person对象
对数组中的Person对象使用Arrays的sort方法通过年龄进行升序排序
当需要对一个对象数组进行排序时， Arrays.sort 方法需要一个Comparator 接口实例来指定排序的规则。
Person.java

public class Person {
	private String name;
	private int age;
	// 省略构造器、toString方法与Getter Setter
}

匿名内部类Main.java

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;

//传统写法
//当需要对一个对象数组进行排序时， Arrays.sort 方法需要一个Comparator 接口实例来指定排序的规则。
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person arr[] ={
                new Person("zhang",21),
                new Person("guang",17),
                new Person("xiang",20)
        };
        //匿名内部类    定义规则
        Comparator<Person> comparator = new Comparator<Person>() {
            @Override
            public int compare(Person o1, Person o2) {
                return o1.getAge()-o2.getAge();
            }
        };
        Arrays.sort(arr,comparator);
        for (Person p:arr
             ) {
            System.out.println(p.getName());
        }
    }
}

lambda Main.java

import java.util.Arrays;

public class MainLambda {
    public static void main(String[] args) {
        Person[] arr ={
                new Person("zhang",21),
                new Person("guang",17),
                new Person("xiang",20)
        };
        //lambda表达式  定义规则
        Arrays.sort(arr,(Person a, Person b) -> {
            return a.getAge() - b.getAge();
        });
        for (Person p:arr
             ) {
            System.out.println(p.getName());
        }
    }
}

lambda表达式省略规则

在Lambda标准格式的基础上，使用省略写法的规则为：

1. 小括号内参数的类型可以省略；
2. 如果小括号内有且仅有一个参，则小括号可以省略；
3. 如果大括号内有且仅有一个语句，则无论是否有返回值，都可以省略大括号、return关键字及语句分号（要省全省）。