多线程编程①[Java]

Jayfar2020-03-172025-02-15

多线程编程

java给多线程编程提供了内置的支持。

多线程：是多任务的一种特别的形式。

进程：一个进程包括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

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：

当线程调用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()，此时线程处于运行状态。处于运行状态的线程最为复杂，可以变成阻塞状态，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

Java线程的优先级是一个整数，其取值范围是1 - 10。

默认情况下，每一个线程都会分配一个优先级 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间分配处理器资源。

但是，线程优先级不能保证线程执行的顺序。

并发与并行

并发：是指同一个时间段内多个任务同时都在执行，并且都没有执行结束。并发任务强调在一个时间段内同时执行，而一个时间段由多个单位时间累计而成，所以说并发的多个任务在单位时间内不一定同时在执行。
并行：是说在单位时间内多个任务同时在执行。

在多线程编程实践中，线程的个数往往多于CPU的个数，所以一般都称多线程并发编程而不是多线程并行编程。

创建线程

Java提供了三种创建线程的方法：

通过实现Runnable()接口：

覆写Runnable()接口实现多线程，而后同样覆写run()，覆写Runnable()接口实现多线程可以避免单继承局限。

通过继承Thread类本身：

run()为线程类的核心方法，相当于主线程的main方法，是每个线程的入口。

通过Callable和Future创建线程

通过实现Runnable接口来创建线程

创建线程最简单的方法就是创建一个实现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()

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，使用其它类，并声明变量，就像主线程一样。

再创建一个实现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）;

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。

新线程创建后，调用它的start()方法它才会运行。

void start()

实例：

public class RunableTest implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println("Hello World");
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        RunableTest runableTest1 = new RunableTest();
        RunableTest runableTest2 = new RunableTest();
        new Thread(runableTest1).start();
        new Thread(runableTest1).start();
        new public class RunableTest implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println("Hello World");
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        RunableTest runableTest1 = new RunableTest();
        RunableTest runableTest2 = new RunableTest();
        new Thread(runableTest1).start();
        new Thread(runableTest1).start();
        new Thread(runableTest2).start();
    }
}

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。

public class ThreadRuning extends Thread{

    public ThreadRuning(String name){  
//重写构造，可以对线程添加名字
        super(name);
    }
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            System.out.println("Hello World");
//在run方法里，this代表当前线程
            System.out.println(this);
        }
    }
    public static void main(String[] args){
        ThreadRuning threadRuning = new ThreadRuning(public class ThreadRuning extends Thread{

    public ThreadRuning(String name){  
//重写构造，可以对线程添加名字
        super(name);
    }
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            System.out.println("Hello World");
//在run方法里，this代表当前线程
            System.out.println(this);
        }
    }
    public static void main(String[] args){
        ThreadRuning threadRuning = new ThreadRuning("1111");
        threadRuning.start();
    }
}

Threa类的一些重要方法

public void start()

使该线程开始执行；Java虚拟机调用该线程的run方法。
public void run()

如果该线程是使用独立的Runnable运动对象构造的，则调用该Runnable对象的run方法；否则，该方法不执行任何操作并返回。
public final void setName(String name)

改变线程的名称，与name相同。
public final void setPriority（int priority）

更改线程的优先级。
public final void setDaemon（boolean on）

将该线程标记为守护线程或用户线程。
public final void join（long millisec）

等待线程终止的时间最长为millis毫秒。
public void interrupt()

中断线程。
public final boolean isAlive()

测试线程是否处于活动状态。

下面的方法是Thread类的静态方法。

public static void yield()

暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。
public static void sleep(long millisec)

在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行），此操作收到系统计时器和调度程序精度和准确性的影响。
public static boolean holdsLock（object x）

而且仅当当前线程在指定的对象上保持监视器锁时，才返回true。
public static Thread currentThread()

返回对当前正在执行的线程对象的引用。
public static void dumpStack()

将当前线程的堆栈跟踪打印至标准错误流。

通过Callable和Future创建线程

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。
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。
使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建并启动线程。
调用FutureTask对象的get方法来获得子线程执行结束后的返回值。

public class CallTest implements Callable {
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        return "hello world";
    }
 
    public static void main(String[] args){
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(new CallTest());
        new Thread(futureTask).start();
        try {
            String result = futureTask.get();
            System.out.println(result);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } public class CallTest implements Callable {
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        return "hello world";
    }
 
    public static void main(String[] args){
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(new CallTest());
        new Thread(futureTask).start();
        try {
            String result = futureTask.get();
            System.out.println(result);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

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，直接调用this即可获得当前线程。

线程几个主要的概念

线程同步
线程间通信
线程死锁
线程控制：挂起，停止和恢复

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的。例如：

程序中有两个子系统需要并发执行，这时候就需要利用多线程。

通过对多线程的使用，可以编写出非常高效的程序。