前言
多线程并发编程是Java编程中重要的一块内容，也是面试重点覆盖区域，所以学好多线程并发编程对我们来说极其重要，下面跟我一起开启本次的学习之旅吧。
正文
线程与进程
1 线程：进程中负责程序执行的执行单元
线程本身依靠程序进行运行
线程是程序中的顺序控制流，只能使用分配给程序的资源和环境
2 进程：执行中的程序
一个进程至少包含一个线程
3 单线程：程序中只存在一个线程，实际上主方法就是一个主线程
4 多线程：在一个程序中运行多个任务
目的是更好地使用CPU资源
线程的实现
继承Thread类
在java.lang包中定义, 继承Thread类必须重写run()方法
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class
MyThread
extends
Thread{
private
static
int
num =
0
;
public
MyThread(){
num++;
}
@Override
public
void
run() {
System.out.println(
"主动创建的第"
+num+
"个线程"
);
}
}
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创建好了自己的线程类之后，就可以创建线程对象了，然后通过start()方法去启动线程。注意，不是调用run()方法启动线程，run方法中只是定义需要执行的任务，如果调用run方法，即相当于在主线程中执行run方法，跟普通的方法调用没有任何区别，此时并不会创建一个新的线程来执行定义的任务。
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public
class
Test {
public
static
void
main(String[] args) {
MyThread thread =
new
MyThread();
thread.start();
}
}
class
MyThread
extends
Thread{
private
static
int
num =
0
;
public
MyThread(){
num++;
}
@Override
public
void
run() {
System.out.println(
"主动创建的第"
+num+
"个线程"
);
}
}
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在上面代码中，通过调用start()方法，就会创建一个新的线程了。为了分清start()方法调用和run()方法调用的区别，请看下面一个例子：
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public
class
Test {
public
static
void
main(String[] args) {
System.out.println(
"主线程ID:"
+Thread.currentThread().getId());
MyThread thread1 =
new
MyThread(
"thread1"
);
thread1.start();
MyThread thread2 =
new
MyThread(
"thread2"
);
thread2.run();
}
}
class
MyThread
extends
Thread{
private
String name;
public
MyThread(String name){
this
.name = name;
}
@Override
public
void
run() {
System.out.println(
"name:"
+name+
" 子线程ID:"
+Thread.currentThread().getId());
}
}
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运行结果：
从输出结果可以得出以下结论：
1）thread1和thread2的线程ID不同，thread2和主线程ID相同，说明通过run方法调用并不会创建新的线程，而是在主线程中直接运行run方法，跟普通的方法调用没有任何区别；
2）虽然thread1的start方法调用在thread2的run方法前面调用，但是先输出的是thread2的run方法调用的相关信息，说明新线程创建的过程不会阻塞主线程的后续执行。
实现Runnable接口
在Java中创建线程除了继承Thread类之外，还可以通过实现Runnable接口来实现类似的功能。实现Runnable接口必须重写其run方法。
下面是一个例子：
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public
class
Test {
public
static
void
main(String[] args) {
System.out.println(
"主线程ID："
+Thread.currentThread().getId());
MyRunnable runnable =
new
MyRunnable();
Thread thread =
new
Thread(runnable);
thread.start();
}
}
class
MyRunnable
implements
Runnable{
public
MyRunnable() {
}
@Override
public
void
run() {
System.out.println(
"子线程ID："
+Thread.currentThread().getId());
}
}
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Runnable的中文意思是“任务”，顾名思义，通过实现Runnable接口，我们定义了一个子任务，然后将子任务交由Thread去执行。注意，这种方式必须将Runnable作为Thread类的参数，然后通过Thread的start方法来创建一个新线程来执行该子任务。如果调用Runnable的run方法的话，是不会创建新线程的，这根普通的方法调用没有任何区别。
事实上，查看Thread类的实现源代码会发现Thread类是实现了Runnable接口的。
在Java中，这2种方式都可以用来创建线程去执行子任务，具体选择哪一种方式要看自己的需求。直接继承Thread类的话，可能比实现Runnable接口看起来更加简洁，但是由于Java只允许单继承，所以如果自定义类需要继承其他类，则只能选择实现Runnable接口。
使用ExecutorService、Callable、Future实现有返回结果的多线程
多线程后续会学到，这里暂时先知道一下有这种方法即可。
ExecutorService、Callable、Future这个对象实际上都是属于Executor框架中的功能类。想要详细了解Executor框架的可以访问http://www.javaeye.com/topic/366591 ，这里面对该框架做了很详细的解释。返回结果的线程是在JDK1.5中引入的新特征，确实很实用，有了这种特征我就不需要再为了得到返回值而大费周折了，而且即便实现了也可能漏洞百出。
可返回值的任务必须实现Callable接口，类似的，无返回值的任务必须Runnable接口。执行Callable任务后，可以获取一个Future的对象，在该对象上调用get就可以获取到Callable任务返回的Object了，再结合线程池接口ExecutorService就可以实现传说中有返回结果的多线程了。下面提供了一个完整的有返回结果的多线程测试例子，在JDK1.5下验证过没问题可以直接使用。代码如下：
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/**
* 有返回值的线程
*/
@SuppressWarnings
(
"unchecked"
)
public
class
Test {
public
static
void
main(String[] args)
throws
ExecutionException,
InterruptedException {
System.out.println(
"----程序开始运行----"
);
Date date1 =
new
Date();
int
taskSize =
5
;
// 创建一个线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);
// 创建多个有返回值的任务
List
new
ArrayList
for
(
int
i =
0
; i < taskSize; i++) {
Callable c =
new
MyCallable(i +
" "
);
// 执行任务并获取Future对象
Future f = pool.submit(c);
// System.out.println(">>>" + f.get().toString());
list.add(f);
}
// 关闭线程池
pool.shutdown();
// 获取所有并发任务的运行结果
for
(Future f : list) {
// 从Future对象上获取任务的返回值，并输出到控制台
System.out.println(
">>>"
+ f.get().toString());
}
Date date2 =
new
Date();
System.out.println(
"----程序结束运行----，程序运行时间【"
+ (date2.getTime() - date1.getTime()) +
"毫秒】"
);
}
}
class
MyCallable
implements
Callable
private
String taskNum;
MyCallable(String taskNum) {
this
.taskNum = taskNum;
}
public
Object call()
throws
Exception {
System.out.println(
">>>"
+ taskNum +
"任务启动"
);
Date dateTmp1 =
new
Date();
Thread.sleep(
1000
);
Date dateTmp2 =
new
Date();
long
time = dateTmp2.getTime() - dateTmp1.getTime();
System.out.println(
">>>"
+ taskNum +
"任务终止"
);
return
taskNum +
"任务返回运行结果,当前任务时间【"
+ time +
"毫秒】"
;
}
}
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代码说明：
上述代码中Executors类，提供了一系列工厂方法用于创先线程池，返回的线程池都实现了ExecutorService接口。
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
创建固定数目线程的线程池。
public static ExecutorService newCachedThreadPool()
创建一个可缓存的线程池，调用execute 将重用以前构造的线程（如果线程可用）。如果现有线程没有可用的，则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
创建一个单线程化的Executor。
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
创建一个支持定时及周期性的任务执行的线程池，多数情况下可用来替代Timer类。
ExecutoreService提供了submit()方法，传递一个Callable，或Runnable，返回Future。如果Executor后台线程池还没有完成Callable的计算，这调用返回Future对象的get()方法，会阻塞直到计算完成。
线程的状态
在正式学习Thread类中的具体方法之前，我们先来了解一下线程有哪些状态，这个将会有助于后面对Thread类中的方法的理解。
- 创建（new）状态: 准备好了一个多线程的对象
- 就绪（runnable）状态: 调用了
start()方法, 等待CPU进行调度 - 运行（running）状态: 执行
run()方法 - 阻塞（blocked）状态: 暂时停止执行, 可能将资源交给其它线程使用
- 终止（dead）状态: 线程销毁
当需要新起一个线程来执行某个子任务时，就创建了一个线程。但是线程创建之后，不会立即进入就绪状态，因为线程的运行需要一些条件（比如内存资源，在前面的JVM内存区域划分一篇博文中知道程序计数器、Java栈、本地方法栈都是线程私有的，所以需要为线程分配一定的内存空间），只有线程运行需要的所有条件满足了，才进入就绪状态。
当线程进入就绪状态后，不代表立刻就能获取CPU执行时间，也许此时CPU正在执行其他的事情，因此它要等待。当得到CPU执行时间之后，线程便真正进入运行状态。
线程在运行状态过程中，可能有多个原因导致当前线程不继续运行下去，比如用户主动让线程睡眠（睡眠一定的时间之后再重新执行）、用户主动让线程等待，或者被同步块给阻塞，此时就对应着多个状态：time waiting（睡眠或等待一定的事件）、waiting（等待被唤醒）、blocked（阻塞）。
当由于突然中断或者子任务执行完毕，线程就会被消亡。
下面这副图描述了线程从创建到消亡之间的状态：
在有些教程上将blocked、waiting、time waiting统称为阻塞状态，这个也是可以的，只不过这里我想将线程的状态和Java中的方法调用联系起来，所以将waiting和time waiting两个状态分离出来。
注:sleep和wait的区别:
sleep是Thread类的方法,wait是Object类中定义的方法.Thread.sleep不会导致锁行为的改变, 如果当前线程是拥有锁的, 那么Thread.sleep不会让线程释放锁.Thread.sleep和Object.wait都会暂停当前的线程. OS会将执行时间分配给其它线程. 区别是, 调用wait后, 需要别的线程执行notify/notifyAll才能够重新获得CPU执行时间.
上下文切换
对于单核CPU来说（对于多核CPU，此处就理解为一个核），CPU在一个时刻只能运行一个线程，当在运行一个线程的过程中转去运行另外一个线程，这个叫做线程上下文切换（对于进程也是类似）。
由于可能当前线程的任务并没有执行完毕，所以在切换时需要保存线程的运行状态，以便下次重新切换回来时能够继续切换之前的状态运行。举个简单的例子：比如一个线程A正在读取一个文件的内容，正读到文件的一半，此时需要暂停线程A，转去执行线程B，当再次切换回来执行线程A的时候，我们不希望线程A又从文件的开头来读取。
因此需要记录线程A的运行状态，那么会记录哪些数据呢？因为下次恢复时需要知道在这之前当前线程已经执行到哪条指令了，所以需要记录程序计数器的值，另外比如说线程正在进行某个计算的时候被挂起了，那么下次继续执行的时候需要知道之前挂起时变量的值时多少，因此需要记录CPU寄存器的状态。所以一般来说，线程上下文切换过程中会记录程序计数器、CPU寄存器状态等数据。
说简单点的：对于线程的上下文切换实际上就是 存储和恢复CPU状态的过程，它使得线程执行能够从中断点恢复执行。
虽然多线程可以使得任务执行的效率得到提升，但是由于在线程切换时同样会带来一定的开销代价，并且多个线程会导致系统资源占用的增加，所以在进行多线程编程时要注意这些因素。
线程的常用方法
| 编号 | 方法 | 说明 |
|---|---|---|
| 1 | public void start() |
使该线程开始执行；Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。 |
| 2 | public void run() |
如果该线程是使用独立的 Runnable 运行对象构造的，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。 |
| 3 | public final void setName(String name) |
改变线程名称，使之与参数 name 相同。 |
| 4 | public final void setPriority(int priority) |
更改线程的优先级。 |
| 5 | public final void setDaemon(boolean on) |
将该线程标记为守护线程或用户线程。 |
| 6 | public final void join(long millisec) |
等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。 |
| 7 | public void interrupt() |
中断线程。 |
| 8 | public final boolean isAlive() |
测试线程是否处于活动状态。 |
| 9 | public static void yield() |
暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。 |
| 10 | 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），此操作受到系统计时器和调度程序精度和准确性的影响。 |
| 11 | public static Thread currentThread() |
返回对当前正在执行的线程对象的引用。 |
静态方法
currentThread()方法
currentThread()方法可以返回代码段正在被哪个线程调用的信息。
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public
class
Run1{
public
static
void
main(String[] args){
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
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sleep()方法
方法sleep()的作用是在指定的毫秒数内让当前“正在执行的线程”休眠（暂停执行）。这个“正在执行的线程”是指this.currentThread()返回的线程。
sleep方法有两个重载版本：
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sleep(
long
millis)
//参数为毫秒
sleep(
long
millis,
int
nanoseconds)
//第一参数为毫秒，第二个参数为纳秒
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sleep相当于让线程睡眠，交出CPU，让CPU去执行其他的任务。
但是有一点要非常注意，sleep方法不会释放锁，也就是说如果当前线程持有对某个对象的锁，则即使调用sleep方法，其他线程也无法访问这个对象。看下面这个例子就清楚了：
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public
class
Test {
private
int
i =
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;
private
Object object =
new
Object();
public
static
void
main(String[] args)
throws
IOException {
Test test =
new
Test();
MyThread thread1 = test.
new
MyThread();
MyThread thread2 = test.
new
MyThread();
thread1.start();
thread2.start();
}
class
MyThread
extends
Thread{
@Override
public
void
run() {
synchronized
(object) {
i++;
System.out.println(
"i:"
+i);
try
{
System.out.println(
"线程"
+Thread.currentThread().getName()+
"进入睡眠状态"
);
Thread.currentThread().sleep(
10000
);
}
catch
(InterruptedException e) {
// TODO: handle exception
}
System.out.println(
"线程"
+Thread.currentThread().getName()+
"睡眠结束"
);
i++;
System.out.println(
"i:"
+i);
}
}
}
}
|
输出结果：
从上面输出结果可以看出，当Thread-0进入睡眠状态之后，Thread-1并没有去执行具体的任务。只有当Thread-0执行完之后，此时Thread-0释放了对象锁，Thread-1才开始执行。
注意，如果调用了sleep方法，必须捕获InterruptedException异常或者将该异常向上层抛出。当线程睡眠时间满后，不一定会立即得到执行，因为此时可能CPU正在执行其他的任务。所以说调用sleep方法相当于让线程进入阻塞状态。
yield()方法
调用yield方法会让当前线程交出CPU权限，让CPU去执行其他的线程。它跟sleep方法类似，同样不会释放锁。但是yield不能控制具体的交出CPU的时间，另外，yield方法只能让拥有相同优先级的线程有获取CPU执行时间的机会。
注意，调用yield方法并不会让线程进入阻塞状态，而是让线程重回就绪状态，它只需要等待重新获取CPU执行时间，这一点是和sleep方法不一样的。
代码：
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public
class
MyThread
extends
Thread{
@Override
public
void
run() {
long
beginTime=System.currentTimeMillis();
int
count=
0
;
for
(
int
i=
0
;i<
50000000
;i++){
count=count+(i+
1
);
//Thread.yield();
}
long
endTime=System.currentTimeMillis();
System.out.println(
"用时："
+(endTime-beginTime)+
" 毫秒！"
);
}
}
public
class
Run {
public
static
void
main(String[] args) {
MyThread t=
new
MyThread();
t.start();
}
}
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执行结果：
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用时：
3
毫秒！
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如果将 //Thread.yield();的注释去掉，执行结果如下：
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用时：
16080
毫秒！
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对象方法
start()方法
start()用来启动一个线程，当调用start方法后，系统才会开启一个新的线程来执行用户定义的子任务，在这个过程中，会为相应的线程分配需要的资源。
run()方法
run()方法是不需要用户来调用的，当通过start方法启动一个线程之后，当线程获得了CPU执行时间，便进入run方法体去执行具体的任务。注意，继承Thread类必须重写run方法，在run方法中定义具体要执行的任务。
getId()
getId()的作用是取得线程的唯一标识
代码：
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public
class
Test {
public
static
void
main(String[] args) {
Thread t= Thread.currentThread();
System.out.println(t.getName()+
" "
+t.getId());
}
}
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输出：
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1
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main
1
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isAlive()方法
方法isAlive()的功能是判断当前线程是否处于活动状态
代码：
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public
class
MyThread
extends
Thread{
@Override
public
void
run() {
System.out.println(
"run="
+
this
.isAlive());
}
}
public
class
RunTest {
public
static
void
main(String[] args)
throws
InterruptedException {
MyThread myThread=
new
MyThread();
System.out.println(
"begin =="
+myThread.isAlive());
myThread.start();
System.out.println(
"end =="
+myThread.isAlive());
}
}
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程序运行结果：
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begin ==
false
run=
true
end ==
false
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方法isAlive()的作用是测试线程是否偶处于活动状态。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开始运行的状态，就认为线程是“存活”的。
有个需要注意的地方
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System.out.println(
"end =="
+myThread.isAlive());
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虽然上面的实例中打印的值是true,但此值是不确定的。打印true值是因为myThread线程还未执行完毕，所以输出true。如果代码改成下面这样，加了个sleep休眠：
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public
static
void
main(String[] args)
throws
InterruptedException {
MyThread myThread=
new
MyThread();
System.out.println(
"begin =="
+myThread.isAlive());
myThread.start();
Thread.sleep(
1000
);
System.out.println(
"end =="
+myThread.isAlive());
}
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则上述代码运行的结果输出为false,因为mythread对象已经在1秒之内执行完毕。
join()方法
在很多情况下，主线程创建并启动了线程，如果子线程中药进行大量耗时运算，主线程往往将早于子线程结束之前结束。这时，如果主线程想等待子线程执行完成之后再结束，比如子线程处理一个数据，主线程要取得这个数据中的值，就要用到join()方法了。方法join()的作用是等待线程对象销毁。
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public
class
Thread4
extends
Thread{
public
Thread4(String name) {
super
(name);
}
public
void
run() {
for
(
int
i =
0
; i <
5
; i++) {
System.out.println(getName() +
" "
+ i);
}
}
public
static
void
main(String[] args)
throws
InterruptedException {
// 启动子进程
new
Thread4(
"new thread"
).start();
for
(
int
i =
0
; i <
10
; i++) {
if
(i ==
5
) {
Thread4 th =
new
Thread4(
"joined thread"
);
th.start();
th.join();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
" "
+ i);
}
}
}
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执行结果：
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main
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main
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new
thread
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thread
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new
thread
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new
thread
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new
thread
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0
joined thread
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joined thread
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joined thread
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joined thread
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main
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main
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由上可以看出main主线程等待joined thread线程先执行完了才结束的。如果把th.join()这行注释掉，运行结果如下：
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main
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thread
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new
thread
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new
thread
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new
thread
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joined thread
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joined thread
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joined thread
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joined thread
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getName和setName
用来得到或者设置线程名称。
getPriority和setPriority
用来获取和设置线程优先级。
setDaemon和isDaemon
用来设置线程是否成为守护线程和判断线程是否是守护线程。
守护线程和用户线程的区别在于：守护线程依赖于创建它的线程，而用户线程则不依赖。举个简单的例子：如果在main线程中创建了一个守护线程，当main方法运行完毕之后，守护线程也会随着消亡。而用户线程则不会，用户线程会一直运行直到其运行完毕。在JVM中，像垃圾收集器线程就是守护线程。
在上面已经说到了Thread类中的大部分方法，那么Thread类中的方法调用到底会引起线程状态发生怎样的变化呢？下面一幅图就是在上面的图上进行改进而来的：
停止线程
停止线程是在多线程开发时很重要的技术点，掌握此技术可以对线程的停止进行有效的处理。
停止一个线程可以使用Thread.stop()方法，但最好不用它。该方法是不安全的，已被弃用。
在Java中有以下3种方法可以终止正在运行的线程：
- 使用退出标志，使线程正常退出，也就是当run方法完成后线程终止
- 使用stop方法强行终止线程，但是不推荐使用这个方法，因为stop和suspend及resume一样，都是作废过期的方法，使用他们可能产生不可预料的结果。
- 使用interrupt方法中断线程，但这个不会终止一个正在运行的线程，还需要加入一个判断才可以完成线程的停止。
暂停线程
interrupt()方法
线程的优先级
在操作系统中，线程可以划分优先级，优先级较高的线程得到的CPU资源较多，也就是CPU优先执行优先级较高的线程对象中的任务。
设置线程优先级有助于帮“线程规划器”确定在下一次选择哪一个线程来优先执行。
设置线程的优先级使用setPriority()方法，此方法在JDK的源码如下：
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public
final
void
setPriority(
int
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