Java 多线程编程

Java 多线程编程

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。

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。

新建状态:使用 new 关键字和 Thread 类或其子类建立一个线程对象后，该线程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，该线程就进入就绪状态。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。
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。在睡眠时间已到或获得设备资源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 join() 发出了 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，该线程就切换到终止状态。

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。

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。

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，重要的是理解的 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();

下面是一个创建线程并开始让它执行的实例：

实例

class RunnableDemo implements Runnable {
private Thread t;
   private String threadName;
   
   RunnableDemo( 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[]) {
RunnableDemo R1 = new RunnableDemo( "Thread-1");
      R1.start();
      
      RunnableDemo R2 = new RunnableDemo( "Thread-2");
      R2.start();
   }
}

编译以上程序运行结果如下：

Creating Thread-1

Starting Thread-1

Creating Thread-2

Starting Thread-2

Running Thread-1

Thread: Thread-1, 4

Running Thread-2

Thread: Thread-2, 4

Thread: Thread-1, 3

Thread: Thread-2, 3

Thread: Thread-1, 2

Thread: Thread-2, 2

Thread: Thread-1, 1

Thread: Thread-2, 1

Thread Thread-1 exiting.

Thread Thread-2 exiting.

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。

实例

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();
   }
}

编译以上程序运行结果如下：

Creating Thread-1

Starting Thread-1

Creating Thread-2

Starting Thread-2

Running Thread-1

Thread: Thread-1, 4

Running Thread-2

Thread: Thread-2, 4

Thread: Thread-1, 3

Thread: Thread-2, 3

Thread: Thread-1, 2

Thread: Thread-2, 2

Thread: Thread-1, 1

Thread: Thread-2, 1

Thread Thread-1 exiting.

Thread Thread-2 exiting.

Thread 方法

下表列出了Thread类的一些重要方法：