一篇搞懂Java多线程运行机制

前言

Java是一种支持多线程编程的语言。多线程可以让程序同时执行多个任务，从而提高程序的效率和响应速度。在本篇博客中，我将介绍Java多线程的基础知识，包括线程的创建、启动、中断以及线程同步等方面。

什么是程序？
程序是为完成特定任务，用某种语言编程写的一组指令的集合。一组计算机能识别和执行的指令，运行于电子计算机上，满足人们某种需求的信息化工具（简单来说就是我们写的代码）

什么是进程？
进程是指运行中的程序，比如我们使用的QQ，启动qq.exe可执行程序就启动了一个线程，操作系统就会为进程分配内存空间。当我们使用迅雷，又启动了一个进程，操作系统将为迅雷分配新的内存空间。

进程是程序的一次执行过程，或正在运行的一个程序。是动态过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程。具体关系如图所示：

打开电脑的任务管理器，即可查看电脑运行的进程

进程共有三种状态：就绪、阻塞和运行

• 就绪态：就绪状态是指程序已达到可以运行的状态，只等CPU分配资源就可以运行的状态。
• 阻塞态：当程序运行条件没有满足时，需要等待条件满足时候才能执行时所处的状态，如等待i/o操作时候，此刻的状态就叫阻塞态。
• 运行态：进程占用CPU，并在CPU上运行。即程序正在运行时所处的状态。

线程

线程是由进程创建的，是一个进程的实体，一个进程可以有多个线程。比如：百度网盘的下载任务，一个下载任务对应一个线程，当同时下载多个任务时，相当于开启了多个线程，线程分为单线程和多线程。

• 单线程：同一时刻，只允许执行一个线程
• 多线程：同一时刻，可以执行多个线程

在Java中线程使用有两种方式

1. 继承Thread类，重写run方法
2. 实现Runnable接口，重写run方法

并发和并行

早期计算机的 CPU 都是单核的，一个 CPU 在同一时间只能执行一个进程/线程，当系统中有多个进程/线程等待执行时，CPU 只能执行完一个再执行下一个。并发和并行是用来操作线程和进程的方式。

并发
同一时刻，多个任务交替执行，造成一种同时的错觉，并不是正在同时运行。（单核CPU实现的多任务就是并发）

并行
同一时刻，多个任务同时执行，多核CPU可以实现并行。

注意：也可能会有并发和并行同时存在

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Runnable接口

一个实现Runnable接口的类就是一个线程，通过Thread类启动。需要把实现类对象传入Thread类的构造方法中 然后通过Thread的start方法启动该Runnable实现类的线程。（因为Java是单继承机制，所以当有某个类已经继承了某个父类时，则需要用到Runnable接口）

该接口中只有一个**run()**方法，所以需要传入Thread类的构造器中进行启动

Thread类

Java语言是支持多线程的，一个正在运行的Java程序可以称之为一个进程(process)，在每个进程里面包含多个线程.一个Thread实例对象，就是一个线程。Thread类继承于Runnable接口

常用方法

• getName()：获取当前线程的名称，默认线程名称是Thread-索引
• setName(String name)：将此线程的名称更改为指定的名称，通过构造器也可以设置线程名称
• sleep(long time)：让当前线程休眠指定的时间后再继续执行，单位是毫秒。
• run()：线程任务方法（线程需要执行的业务内容）
• start()：开启当前线程
• currentThread()：获取当前执行线程的引用对象
• setPriority(int newPriority) ：更改线程的优先级
• getPriority()：获取线程的优先级
• interrupt()：中断线程
• yield()：给调度程序的一个提示，当前线程愿意得到它当前的处理器的使用（线程的礼让）
• join()：线程的插队

用来控制线程优先级的范围常用的有三种：

MAX_PRIORITY	线程可以拥有的最大优先级（10）
MIN_PRIORITY	线程可以拥有的最小优先级（1）
NORM_PRIORITY	被分配给线程的默认优先级（5）

注意：Thread类本身没用run方法的，而是继承Runnable接口重写得来的

使用start方法，会自动开启子线程，调用run方法。这里使用了设计模式（代理模式）

线程的创建

在Java中，可以通过继承Thread类或实现Runnable接口来创建一个线程。继承Thread类需要重写run()方法，而实现Runnable接口需要实现run()方法。下面是两种创建线程的示例代码：

• 继承Thread类的方式：

public class MyThread extends Thread {
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        // 线程执行的代码
    }
}

MyThread myThread = new MyThread();
myThread.start(); // 启动线程

• 实现Runnable接口的方式：

public class MyRunnable implements Runnable {
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        // 线程执行的代码
    }
}

MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(myRunnable);
thread.start(); // 启动线程

原理和注意事项

当执行执行代码程序时（run），会开启一个进程。之后会进入到主方法main中，会开启一个主线程（main线程）

可在控制台使用 jconsole指令监控线程执行情况，如果出现 不是内部或外部命令，也不是可运行的程序或批处理文件 。则需要检查jdk环境配置（建议手动配置）

注意：执行时需要开启需要监控的线程，才能进行查看

• 当主线程执行完毕后，子线程未执行完，则继续执行，执行完毕所有线程后，程序进程退出
• 当程序进程结束，所有线程直接结束

为什么不直接调用run方法？

xx.run(); xx.start();

为什么不在主方法中直接调用run，而是通过start方法开启线程

如果使用xx.run()方法，则是主线程直接调用run方法，而此时线程的名称是main（此时的run方法就是一个普通的方法，并没有真正的启动子线程，会阻塞这里，等待run方法执行完毕，才会继续执行main主方法中代码）；而使用xx.start()方法，则是通过子线程调用run方法（底层是JVM调用的，相当于开启了一个子线程）

start方法调用后，该线程并不一定会立刻马上执行，只是将线程变成了可运行状态。具体什么时候执行，取决于CPU，由CPU统一调度。

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线程终止和中断

线程终止的两种情况：

1. 当线程完成任务后，会自动退出
2. 通过使用变量来控制run方法退出的方式停止线程，即通知方式

中断
interrupt方法，用来中断线程，但并没有真正的结束线程，所以一般用于中断正在休眠的线程，此时调用该线程的interrupt方法，那么该线程将抛出一个InterruptedException中断异常，从而提早地终结被阻塞状态。如果线程没有被阻塞，这时调用 interrupt()将不起作用，直到执行到wait(),sleep(),join()时,才马上会抛出 InterruptedException。

如果需要中断一个线程，可以调用线程的interrupt()方法。但是，中断线程只是给线程一个中断的标志位，并不能直接终止线程的执行。线程需要自己在执行的过程中检查这个标志位，并在合适的时候终止自己的执行。下面是一个简单的中断线程的示例代码：

Thread thread = new Thread(() -> {
    
    
    while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
    
    
        // 线程执行的代码
    }
});

thread.start(); // 启动线程

// 中断线程
thread.interrupt();

用户线程和守护线程

Java的线程可以分为两类：User Thread(用户线程)、Daemon Thread(守护线程)

• 用户线程：也叫工作线程，当线程的任务执行完毕或以通知的方式来结束，平时用到的普通线程均是用户线程，当在Java程序中创建一个线程，它就被称为用户线程
• 守护线程：一般是为工作线程服务的，当所有的用户线程结束，守护线程自动结束。所以当系统只剩下守护进程的时候，Java虚拟机会自动退出。

如何将一个线程设置为守护线程？
需要使用Thread类中的setDaemon方法

• setDaemon(boolean on)：为true是守护线程，反则为false，线程默认是用户线程（此方法必须在开始线程之前调用）

当主线程结束，子线程自动结束，将子线程设置为守护线程，演示如下

public class ThreadTest3 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        DaemonThread daemonThread = new DaemonThread();
        daemonThread.setDaemon(true);
        daemonThread.start();
        for (int i = 1; i < 10; i++) {
    
    
            System.out.println("主线程(用户线程)");
            try {
    
    
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

class DaemonThread extends Thread {
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        for (; ; ) {
    
    //无线循环
            System.out.println("子线程(设置为守护线程)执行中");
            try {
    
    
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

代码演示

1. 使用Thread使用线程，每隔一秒输出hello，worldI（死循环）

public class Thread01 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        test t1 = new test();
        t1.start();
    }
}

class test extends Thread{
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        while (true){
    
    
        	System.out.println(Thread.currentThread().getName());//获取线程的名称
            System.out.println("hello,world");
            try {
    
    
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

2. 实现Runnable接口，使用线程

public class ThreadTest {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Test test = new Test();
        Thread thread = new Thread(test);
        thread.start();
    }
}

class Test implements Runnable{
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        while (true){
    
    
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());//获取线程的名称
            System.out.println("hello,world");
            try {
    
    
                Thread.sleep(1000);//休眠一秒
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

3. 多线程的使用：创建两个线程，一个线程每隔1秒输出hello,world，输出10次，退出。一个线程每隔1秒输出hi，输出5次退出

public class ThreadTest1 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Thread thread1 = new Thread(new T1());
        thread1.start();
        Thread thread2 = new Thread(new T2());
        thread2.start();
    }
}

class T1 implements Runnable {
    
    
    int count = 0;

    @Override
    public void run() {
    
    
        //每隔1秒输出hello,world，输出10次
        while (true) {
    
    
            if (count == 10) {
    
    
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            System.out.println("hello,world " + (++count));
            try {
    
    
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

class T2 implements Runnable {
    
    
    int count = 0;

    @Override
    public void run() {
    
    
        //每隔1秒输出hello,world，输出10次
        while (true) {
    
    
            if (count == 5) {
    
    
                break;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            System.out.println("hi " + (++count));
            try {
    
    
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

4. 主线程输出5次hello之后，会让子线程提前结束休眠（原版子线程会休眠20秒，interrupt之后会提前结束休眠）

public class ThreadTest1 {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        T t = new T();
        t.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
        t.start();

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
    
    
            System.out.println("hello");
            Thread.sleep(1000);
        }
        t.interrupt();
    }
}

class T extends Thread {
    
    
    int count = 0;

    @Override
    public void run() {
    
    
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
    
    
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程执行中..." + (++count));
        }
        try {
    
    
            System.out.println("线程休眠中...");
            Thread.sleep(20000);//20秒
        } catch (InterruptedException e) {
    
    //当执行interrupt方法，InterruptedException会捕获到中断异常
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "被中断线程(interrupt)了");
        }
    }
}

5. 线程插队：让主线程运行输出5次之后，等待子线程执行完毕之后，主线程继续执行

public class ThreadTest2 {
    
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        T t = new T();
        t.start();

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
    
    
            System.out.println("主线程" + Thread.currentThread().getName() + "运行中...");
            Thread.sleep(100);
            if (i == 5) {
    
    
                t.join();//子线程插队(强制成功)
//                Thread.yield();//子线程插队(不一定成功)
            }
        }
    }
}

class T extends Thread {
    
    
    @Override
    public void run() {
    
    
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
    
    
            System.out.println("子线程" + Thread.currentThread().getName() + "运行中...");
            try {
    
    
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

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