多线程讲解

1、什么是线程？
    线程是指程序在运行的过程中，能够执行程序代码的一个执行单元。Java语言中，线程有四种状态：运行、就绪、挂起、结束

2、线程与进程的区别？
    进程是指一段正在执行的程序。而线程有事也被称为轻量级进程，它是程序执行的最小单元，一个进程可以拥有多个线程，各个线程之间共享程序的内存空间（代码段、数据段、堆空间）及一些进程级的文件（列如：打开的文件），但是各个线程拥有自己的栈空间。在操作系统级别上，程序的执行都是以进程为单位的，而每个进程中通常都会有多个线程互不影响地并发执行。

3、为什么要使用多线程？
    【1】、提高执行效率，减少程序的响应时间。因为单线程执行的过程只有一个有效的操作序列，如果某个操作很耗时（或等待网络响应），此时程序就不会响应鼠标和键盘等操作，如果使用多线程，就可以将耗时的线程分配到一个单独的线程上执行，从而使程序具备号更好的交互性。
    【2】、与进程相比，线程的创建和切换开销更小。因开启一个新的进程需要分配独立的地址空间，建立许多数据结构来维护代码块等信息，而运行于同一个进程内的线程共享代码段、数据段、线程的启动和切换的开销比进程要少很多。同时多线程在数据共享方面效率非常高。
    【3】、目前市场上服务器配置大多数都是多CPU或多核计算机等，它们本身而言就具有执行多线程的能力，如果使用单个线程，就无法重复利用计算机资源，造成资源浪费。因此在多CPU计算机上使用多线程能提高CPU的利用率。
    【4】、利用多线程能简化程序程序的结构，是程序便于理解和维护。一个非常复杂的进程可以分成多个线程来执行。

4、同步与异步有什么区别？
     在多线程的环境中，通常会遇到数据共享问题，为了确保共享资源的正确性和安全性，就必须对共享数据进行同步处理（也就是锁机制）。对共享数据进行同步操作（增删改），就必须要获得每个线程对象的锁（this锁），这样可以保证同一时刻只有一个线程对其操作，其他线程要想对其操作需要排队等候并获取锁。当然在等候队列中优先级最高的线程才能获得该锁，从而进入共享代码区。
     Java语言在同步机制中提供了语言级的支持，可以通过使用synchronize关键字来实现同步，但该方法是以很大的系统开销作为代价的，有时候甚至可能造成死锁，所以，同步控制并不是越多越好，要避免所谓的同步控制。实现同步的方法有两种：①、同步方法（this锁）。②、同步代码块（this锁或者自定义锁）当使用this锁时，就与同步方法共享同一锁，只有当①释放，②才可以使用。同时，同步代码块的范围也小于同步方法，建议使用，相比之下能够提高性能。

本节思维导图：

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一 进程和多线程简介

1.1 相关概念

何为线程？

线程与进程相似，但线程是一个比进程更小的执行单位。一个进程在其执行的过程中可以产生多个线程。与进程不同的是同类的多个线程共享同一块内存空间和一组系统资源，所以系统在产生一个线程，或是在各个线程之间作切换工作时，负担要比进程小得多，也正因为如此，线程也被称为轻量级进程。

何为进程？

进程是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位，因此进程是动态的。系统运行一个程序即是一个进程从创建，运行到消亡的过程。简单来说，一个进程就是一个执行中的程序，它在计算机中一个指令接着一个指令地执行着，同时，每个进程还占有某些系统资源如CPU时间，内存空间，文件，文件，输入输出设备的使用权等等。换句话说，当程序在执行时，将会被操作系统载入内存中。

线程和进程有何不同？

线程是进程划分成的更小的运行单位。线程和进程最大的不同在于基本上各进程是独立的，而各线程则不一定，因为同一进程中的线程极有可能会相互影响。从另一角度来说，进程属于操作系统的范畴，主要是同一段时间内，可以同时执行一个以上的程序，而线程则是在同一程序内几乎同时执行一个以上的程序段。

1.2 多线程

何为多线程？

多线程就是几乎同时执行多个线程（一个处理器在某一个时间点上永远都只能是一个线程！即使这个处理器是多核的，除非有多个处理器才能实现多个线程同时运行。）。几乎同时是因为实际上多线程程序中的多个线程实际上是一个线程执行一会然后其他的线程再执行，并不是很多书籍所谓的同时执行。

为什么多线程是必要的？

1. 使用线程可以把占据长时间的程序中的任务放到后台去处理
2. 用户界面可以更加吸引人，这样比如用户点击了一个按钮去触发某些事件的处理，可以弹出一个进度条来显示处理的进度
3. 程序的运行速度可能加快

二 使用多线程

2.1继承Thread类

MyThread.java

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        super.run();
        System.out.println("MyThread");
    }
}

Run.java

public class Run {

    public static void main(String[] args) {
        MyThread mythread = new MyThread();
        mythread.start();
        System.out.println("运行结束");
    }

}

运行结果：

从上面的运行结果可以看出：线程是一个子任务，CPU以不确定的方式，或者说是以随机的时间来调用线程中的run方法。

2.2实现Runnable接口

推荐实现Runnable接口方式开发多线程，因为Java单继承但是可以实现多个接口。

MyRunnable.java

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyRunnable");
    }
}

Run.java

public class Run {

    public static void main(String[] args) {
        Runnable runnable=new MyRunnable();
        Thread thread=new Thread(runnable);
        thread.start();
        System.out.println("运行结束！");
    }

}

运行结果：

三 实例变量和线程安全

定义线程类中的实例变量针对其他线程可以有共享和不共享之分

3.1 不共享数据的情况

MyThread.java

public class MyThread extends Thread {

    private int count = 5;

    public MyThread(String name) {
        super();
        this.setName(name);
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        while (count > 0) {
            count--;
            System.out.println("由 " + MyThread.currentThread().getName()
                    + " 计算，count=" + count);
        }
    }
}

Run.java

public class Run {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread a = new MyThread("A");
        MyThread b = new MyThread("B");
        MyThread c = new MyThread("C");
        a.start();
        b.start();
        c.start();
    }
}

运行结果：

可以看出每个线程都有一个属于自己的实例变量count，它们之间互不影响。我们再来看看另一种情况。

3.2 共享数据的情况

MyThread.java

public class MyThread extends Thread {

    private int count = 5;

    @Override
     public void run() {
        super.run();
        count--;
        System.out.println("由 " + MyThread.currentThread().getName() + " 计算，count=" + count);
    }
}

Run.java

public class Run {
    public static void main(String[] args) {
        
        MyThread mythread=new MyThread();
        //下列线程都是通过mythread对象创建的
        Thread a=new Thread(mythread,"A");
        Thread b=new Thread(mythread,"B");
        Thread c=new Thread(mythread,"C");
        Thread d=new Thread(mythread,"D");
        Thread e=new Thread(mythread,"E");
        a.start();
        b.start();
        c.start();
        d.start();
        e.start();
    }
}

运行结果：

可以看出这里已经出现了错误，我们想要的是依次递减的结果。为什么呢？？

因为在大多数jvm中，count--的操作分为如下下三步：

1. 取得原有count值
2. 计算i -1
3. 对i进行赋值

所以多个线程同时访问时出现问题就是难以避免的了。

那么有没有什么解决办法呢？

答案是：当然有，而且很简单。

在run方法前加上synchronized关键字即可得到正确答案。

加上关键字后的运行结果：

四 一些常用方法

4.1 currentThread()

返回对当前正在执行的线程对象的引用。

4.2 getId()

返回此线程的标识符

4.3 getName()

返回此线程的名称

4.4 getPriority()

返回此线程的优先级

4.5 isAlive()

测试这个线程是否还处于活动状态。

什么是活动状态呢？

活动状态就是线程已经启动且尚未终止。线程处于正在运行或准备运行的状态。

4.6 sleep(long millis)

使当前正在执行的线程以指定的毫秒数“休眠”（暂时停止执行），具体取决于系统定时器和调度程序的精度和准确性。

4.7 interrupt()

中断这个线程。

4.8 interrupted() 和isInterrupted()

interrupted()：测试当前线程是否已经是中断状态，执行后具有将状态标志清除为false的功能

isInterrupted()： 测试线程Thread对相关是否已经是中断状态，但部清楚状态标志

4.9 setName(String name)

将此线程的名称更改为等于参数 name 。

4.10 isDaemon()

测试这个线程是否是守护线程。

4.11 setDaemon(boolean on)

将此线程标记为 daemon线程或用户线程。

4.12 join()

在很多情况下，主线程生成并起动了子线程，如果子线程里要进行大量的耗时的运算，主线程往往将于子线程之前结束，但是如果主线程处理完其他的事务后，需要用到子线程的处理结果，也就是主线程需要等待子线程执行完成之后再结束，这个时候就要用到join()方法了。

join()的作用是：“等待该线程终止”，这里需要理解的就是该线程是指的主线程等待子线程的终止。也就是在子线程调用了join()方法后面的代码，只有等到子线程结束了才能执行

4.13 yield()

yield()方法的作用是放弃当前的CPU资源，将它让给其他的任务去占用CPU时间。注意：放弃的时间不确定，可能一会就会重新获得CPU时间片。

4.14 setPriority(int newPriority)

更改此线程的优先级

五 如何停止一个线程呢？

stop(),suspend(),resume()（仅用于与suspend()一起使用）这些方法已被弃用，所以我这里不予讲解。

5.1 使用interrupt()方法

我们上面提到了interrupt()方法，先来试一下interrupt()方法能不能停止线程
MyThread.java

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        super.run();
        for (int i = 0; i < 5000000; i++) {
            System.out.println("i=" + (i + 1));
        }
    }
}

Run.java

public class Run {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            MyThread thread = new MyThread();
            thread.start();
            Thread.sleep(2000);
            thread.interrupt();
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("main catch");
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

运行上诉代码你会发现，线程并不会终止。

针对上面代码的一个改进：

interrupted()方法判断线程是否停止，如果是停止状态则break

MyThread.java

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        super.run();
        for (int i = 0; i < 500000; i++) {
            if (this.interrupted()) {
                System.out.println("已经是停止状态了!我要退出了!");
                break;
            }
            System.out.println("i=" + (i + 1));
        }
        System.out.println("看到这句话说明线程并未终止------");
    }
}

Run.java

public class Run {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            MyThread thread = new MyThread();
            thread.start();
            Thread.sleep(2000);
            thread.interrupt();
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("main catch");
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("end!");
    }

}

运行结果：

for循环虽然停止执行了，但是for循环下面的语句还是会执行，说明线程并未被停止。

5.2 使用return停止线程

MyThread.java

public class MyThread extends Thread {

    @Override
    public void run() {
            while (true) {
                if (this.isInterrupted()) {
                    System.out.println("ֹͣ停止了!");
                    return;
                }
                System.out.println("timer=" + System.currentTimeMillis());
            }
    }

}

Run.java

public class Run {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThread t=new MyThread();
        t.start();
        Thread.sleep(2000);
        t.interrupt();
    }

}

运行结果：

当然还有其他停止线程的方法，后面再做介绍。

六 线程的优先级

每个线程都具有各自的优先级，线程的优先级可以在程序中表明该线程的重要性，如果有很多线程处于就绪状态，系统会根据优先级来决定首先使哪个线程进入运行状态。但这个并不意味着低
优先级的线程得不到运行，而只是它运行的几率比较小，如垃圾回收机制线程的优先级就比较低。所以很多垃圾得不到及时的回收处理。

线程优先级具有继承特性比如A线程启动B线程，则B线程的优先级和A是一样的。

线程优先级具有随机性也就是说线程优先级高的不一定每一次都先执行完。

Thread类中包含的成员变量代表了线程的某些优先级。如Thread.MIN_PRIORITY（常数1），Thread.NORM_PRIORITY（常数5）,
Thread.MAX_PRIORITY（常数10）。其中每个线程的优先级都在Thread.MIN_PRIORITY（常数1）到Thread.MAX_PRIORITY（常数10） 之间，在默认情况下优先级都是Thread.NORM_PRIORITY（常数5）。

学过操作系统这门课程的话，我们可以发现多线程优先级或多或少借鉴了操作系统对进程的管理。

线程优先级具有继承特性测试代码：

MyThread1.java：

public class MyThread1 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread1 run priority=" + this.getPriority());
        MyThread2 thread2 = new MyThread2();
        thread2.start();
    }
}

MyThread2.java：

public class MyThread2 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread2 run priority=" + this.getPriority());
    }
}

Run.java：

public class Run {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("main thread begin priority="
                + Thread.currentThread().getPriority());
        Thread.currentThread().setPriority(6);
        System.out.println("main thread end   priority="
                + Thread.currentThread().getPriority());
        MyThread1 thread1 = new MyThread1();
        thread1.start();
    }
}

运行结果：

七 Java多线程分类

7.1 多线程分类

用户线程：运行在前台，执行具体的任务，如程序的主线程、连接网络的子线程等都是用户线程

守护线程：运行在后台，为其他前台线程服务.也可以说守护线程是JVM中非守护线程的 “佣人”。

特点：一旦所有用户线程都结束运行，守护线程会随JVM一起结束工作

应用：数据库连接池中的检测线程，JVM虚拟机启动后的检测线程

最常见的守护线程：垃圾回收线程

7.2 如何设置守护线程？

可以通过调用Thead类的setDaemon(true)方法设置当前的线程为守护线程

注意事项：

1.  setDaemon(true)必须在start（）方法前执行，否则会抛出IllegalThreadStateException异常
2. 在守护线程中产生的新线程也是守护线程
3. 不是所有的任务都可以分配给守护线程来执行，比如读写操作或者计算逻辑

MyThread.java：

public class MyThread extends Thread {
    private int i = 0;

    @Override
    public void run() {
        try {
            while (true) {
                i++;
                System.out.println("i=" + (i));
                Thread.sleep(100);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Run.java：

public class Run {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            MyThread thread = new MyThread();
            thread.setDaemon(true);
            thread.start();
            Thread.sleep(5000);
            System.out.println("我离开thread对象也不再打印了，也就是停止了！");
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：