Java多线程编程，多线程看这一篇就够了

Java给多线程编程提供了内置的支持。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。

多线程是多任务的一种特别的形式，但多线程使用了更小的资源开销。

这里定义和线程相关的另一个术语—进程：一个进程包括由操作系统分配的内存空间，包含一个或者多个线程。一个线程不能独立的存在，它必须是进程的一部分。一个进程一直运行，直到所有的非守护线程都结束运行后才能结束。

多线程能满足程序员编写高效率的程序来达到充分利用CPU的目的。

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public enum State {
        //线程被new出来，还没开始运行就是这状态，对应枚举下标0
        NEW,
        //线程调用start()方法后就会处在这个状态，不管有没有CPU资源分配给它，对应枚举下标1
        RUNNABLE,
        //线程等待获取锁的时候就是这个状态，对应枚举下标2
        BLOCKED,
        //调用了wait(),join()等方法，却没有时间限制，除非有其他线程唤醒或者是中断，否则线程就处于这个状态，对应枚举下标3
        WAITING,
        //调用了sleep(),wait(),join()等方法，不过设置了时间限制，所以会在指定的时间后自行返回，在这段时间里线程处于这个状态，对应枚举下标4
        TIMED_WAITING,
        //线程执行完毕，就会变成这状态，对应枚举下标为5
        TERMINATED;
    }

一个线程的生命周期

线程是一个动态执行的过程，它也有一个从产生到死亡的过程。

下图显示了一个线程完整的生命周期。

对于进程来说，从运行状态转向就绪状态（时间片用完）。

•  新建状态：

使用new关键字和Thread类及其子类建立一个线程对象后，该对象就处于新建状态。它保持这个状态直到程序start（）这个线程。

• 就绪状态：

当线程对象调用了start（）方法之后，该线程就处于就绪状态。就绪状态的线程处于就绪队列中，要等待JVM里线程调度器的调度。

• 运行状态：

如果就绪状态的线程获取CPU资源，就可以执行run（），此时线程便处于运行状态。处于运行状态的线程最为复杂，它可以变为阻塞状态、就绪状态和死亡状态（完成状态）。

• 阻塞状态：

如果一个线程执行了sleep（睡眠）、suspend（挂起）等方法，失去所占用资源之后，该线程就从运行状态进入阻塞状态。在睡眠时间已到或者获得设备资源之后可以重新进入就绪状态。可以分为三种：

• 等待阻塞：运行状态中的线程执行wait（）方法，使线程进入到等待阻塞状态。
• 同步阻塞：线程在获取synchronized同步锁失败（因为同步锁被其他线程占用）。
• 其他阻塞：通过调用线程的sleep（）或者join（）发出I/O请求时，线程就会进入到阻塞状态。当sleep（）状态超时，join（）等待线程终止或者超时，或者I/O处理完毕，线程重新转入就绪状态。
• 死亡状态：

一个运行状态的线程完成任务或者其他终止条件发生时，该线程就会切换到终止状态。

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线程的优先级

每一个Java线程都有一个优先级，这样有助于操作系统确定线程的调度顺序。

Java线程的优先级是一个整数，其取值范围是1（Thread.MIN_PRIORITY)-10(Thread.MAX_PRIORITY)。

默认情况下，每一个线程都会分配一个优先级NORM_PRIORITY(5)。

具有较高优先级的线程对程序更重要，并且应该在低优先级的线程之前分配处理器资源。但是，线程优先级不能保证线程执行的顺序，而且非常依赖于平台。

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创建一个线程

Java提供了三种创建线程的方法：

• 通过实现Runnable接口；
• 通过继承Thread类本身；
• 通过Callable和Future创建线程。

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通过实现Runnable接口来创建线程

创建一个线程，最简单的方法是创建一个实现Runnable接口的类。

为了实现Runnable，一个类只需要执行一个方法调用run（），声明如下：

public void run()

你可以重写该方法，重要的是理解run（）可以调用其他方法，使用其他类，并声明变量，就像主线程一样。

在创建一个实现Runnable接口的类之后，你可以在类中实例化一个线程对象。

Thread定义了几个构造方法，下面的这个是我们经常使用的：

Thread(Runnable threadOb,String threadName);

　　

这里，threadOb是一个实现Runnable接口的类的实例，并且threadName指定新线程的名字。

新线程创建之后，你调用它的start（）方法它才会运行。

void start();

　　

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通过继承Thread来创建线程

创建一个线程的第二种方法是创建一个新的类，该类继承Thread类，然后创建一个该类的实例。

继承类必须重写run（）方法，该方法是新线程的入口点。它也必须调用start（）方法才能执行。

该方法尽管被列为一种多线程实现方式，但是本质上也是实现了Runnable接口的一个实例。

package pkg;
class ThreadDemo extends Thread {
    private Thread t;
    private String threadName;
    ThreadDemo(String name) {
        threadName = name;
        System.out.println("Creating " + threadName);
    }
    public void run() {
        System.out.println("Running " + threadName);
        try {
            for (int i = 4; i > 0; i--) {
                System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i);
                // 让线程睡眠一会
                Thread.sleep(50);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("Thread " + threadName + " interrupted.");
        }
        System.out.println("Thread " + threadName + " exiting.");
    }
    public void start() {
        System.out.println("Starting " + threadName);
        if (t == null) {
            t = new Thread(this, threadName);
            t.start();
        }
    }
}
public class TestThread {
    public static void main(String args[]) {
        ThreadDemo T1 = new ThreadDemo("Thread-1");
        T1.start();
        ThreadDemo T2 = new ThreadDemo("Thread-2");
        T2.start();
    }
}

　　

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Thread方法　　

下表列出了Thread类的一些重要方法：

测试线程是否处于活动状态。上述方法是被Thread对象调用的。下面的方法是Thread类的静态方法。

实例

如下的ThreadClassDemo程序演示了Thread类的一些方法：

package pkg;
/**
 *
 * @author yl
 */
public class DisplayMessage implements Runnable {
    private String message;
    public DisplayMessage(String message) {
        this.message = message;
    }
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println(message);
        }
    }
}

package pkg;
/**
 *
 * @author yl
 */
public class GuessANumber extends Thread {
    private int number;
    public GuessANumber(int number) {
        this.number = number;
    }
    public void run() {
        int counter = 0;
        int guess = 0;
        do {
            guess = (int) (Math.random() * 100 + 1);
            System.out.println(this.getName() + "guess " + guess);
            counter++;
        } while (guess != number);
        System.out.println("** Correct!" + this.getName() + "in" + counter + "guess.***");
    }
}

package pkg;
/**
 *
 * @author yl
 */
public class ThreadClassDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable hello = new DisplayMessage("Hello");
        Thread thread1 = new Thread(hello);
        thread1.setDaemon(true);
        thread1.setName("hello");
        System.out.println("Starting hello thread...");
        thread1.start();
        Runnable bye = new DisplayMessage("Goodbye");
        Thread thread2 = new Thread(bye);
        thread2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
        thread2.setDaemon(true);
        System.out.println("Starting goodbye thread...");
        thread2.start();
        System.out.println("Starting thread3...");
        Thread thread3 = new GuessANumber(27);
        thread3.start();
        try {
            thread3.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("Thread interrupted.");
        }
        System.out.println("Starting thread4...");
        Thread thread4 = new GuessANumber(75);
        thread4.start();
        System.out.println("main() id ending...");
    }
}

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通过Callable和Future创建线程

1. 创建Callable接口的实现类，并实现call（）方法，该call（）方法将作为线程执行体，并且有返回值。
2. 创建Callable实现类的实例，使用FutureTask类来包装Callable对象，该FutureTask对象封装了该Callable对象的call（）方法的返回值。
3. 使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建并启动新线程。
4. 调用FutrueTask对象的get（）方法来获得子线程执行结束后的返回值。　　

package pkg;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
public class CallableThreadTest implements Callable<Integer> {
    public static void main(String[] args) {
        CallableThreadTest ctt = new CallableThreadTest();
        FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<>(ctt);
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 的循环变量i的值" + i);
            if (i == 20) {
                new Thread(ft, "有返回值的线程").start();
            }
        }
        try {
            System.out.println("子线程的返回值：" + ft.get());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        int i = 0;
        for (; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
        return i;
    }
}

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创建线程的三种方式的对比

采用实现Runnable、Callable接口的方式创建多线程时，线程类只是实现了Runnable接口或者Callable接口，还可以继承其他类。

使用继承Thread类的方式创建多线程时，编写简单，如果需要访问当前线程，则无需使用Thread.currentThread()方法，直接使用this即可获得当前线程。

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线程的几个主要概念

• 线程同步
• 线程间通信
• 线程死锁
• 线程控制：挂起、停止和恢复　　

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多线程的使用

有效利用多线程的关键是理解程序是并发执行而不是串行执行的，例如：程序中有两个子程序需要并发执行，这时候就需要利用多线程编程。

通过对多线程的使用，可以编写出非常高效的程序。不过请注意，如果你创建太多的线程，程序执行的效率实际上是降低了，而不是提升了。

请记住，上下文的切换开销也很重要，如果你创建了太多的线程，CPU花费在上下文的切换的时间将多于执行程序的时间。