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菜鸟之路——Java并发（一）多线程

一、线程的状态

关于Java中线程的生命周期，首先看一下下面这张较为经典的图：

从上图可以看出，Java线程具有五中基本状态：
1、新建状态（New）：当线程对象对创建后，即进入了新建状态，如：Thread t = new MyThread();
2、就绪状态（Runnable）：当调用线程对象的start()方法（t.start();），线程即进入就绪状态。处于就绪状态的线程，只是说明此线程已经做好了准备，随时等待CPU调度执行，并不是说执行了t.start()此线程立即就会执行，在runnable状态的线程是处于被调度的线程，此时的调度顺序是不一定的。Thread类中的yield方法可以让一个running状态的线程转入runnable；
3、运行状态（Running）：当CPU开始调度处于就绪状态的线程时，此时线程才得以真正执行，即进入到运行状态。注：就绪状态是进入到运行状态的唯一入口，也就是说，线程要想进入运行状态执行，首先必须处于就绪状态中；
4、阻塞状态（Blocked）：处于运行状态中的线程由于某种原因，暂时放弃对CPU的使用权，停止执行，此时进入阻塞状态，直到其进入到就绪状态，才有机会再次被CPU调用以进入到运行状态。根据阻塞产生的原因不同，阻塞状态又可以分为三种：
（1）等待阻塞：运行状态中的线程执行wait()方法，使本线程进入到等待阻塞状态，该线程处于等待池(wait blocked pool)，直到notify()/notifyAll()，线程被唤醒被放到锁定池(lock blocked pool )，释放同步锁使线程回到可运行状态（Runnable）；
（2）同步阻塞：线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态；
（3）其他阻塞：通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。
5、死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

二、Java多线程的创建方式

1、继承Thread类实现多线程

Thread本质上是实现了Runnable接口的一个实例，它代表一个线程的实例，并且，启动线程的唯一方法就是通过Thread类的start()实例方法。start()方法是一个native方法，它将启动一个新线程，并执行run()方法，通过调用线程对象引用的start()方法，使得该线程进入到就绪状态，此时此线程并不一定会马上得以执行，这取决于CPU调度时机。这种方式实现多线程很简单，通过自己的类直接extend Thread，并重写run()方法，称之为线程执行体，就可以启动新线程并执行自己定义的run()方法。例如：

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

在合适的地方启动线程如下：

MyThread myThread1 = new MyThread();  
MyThread myThread2 = new MyThread();  
myThread1.start();  
myThread2.start();

Thread的类相关方法：

//当前线程可转让cpu控制权，让别的就绪状态线程运行（切换）
public static Thread.yield() 
//暂停一段时间
public static Thread.sleep()  
//在一个线程中调用other.join(),将等待other执行完后才继续本线程。　　　　
public join()
//后两个函数皆可以被打断
public interrupt()

这些方法本文的后面部分会仔细去讲，这里我们只需知道关于中断：它并不像stop方法那样会中断一个正在运行的线程。可以让线程会不时地通过isInterrupted()方法检测中断标识位，以判断线程是否应该被中断（中断标识值是否为true）。中断只会影响到wait状态、sleep状态和join状态。在wait状态下，被打断的线程会抛出InterruptedException。synchronized在获锁的过程中是不能被中断的。中断是一个状态！interrupt()方法只是将这个状态置为true而已。所以说正常运行的程序不去检测状态，就不会终止，而wait等阻塞方法会去检查并抛出异常。在正常运行的主程序中添加while(!thread.isInterrupted())或在线程run方法的内部通过while(!Thread.interrupted()) ，则同样可以在中断后离开代码体。

Thread类实践的一些建议：

写的时候最好要设置线程名称 Thread.name，并设置线程组 ThreadGroup，目的是方便管理。在出现问题的时候，打印线程栈 (jstack -pid) 一眼就可以看出是哪个线程出的问题，这个线程是干什么的。

如何获取线程中的异常：

2.实现Runnable接口，并重写该接口的run()方法实现多线程

该run()方法同样是线程执行体，创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread类的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。当自己定义的类已经extends另一个类，就无法直接extends Thread了，此时，实现一个Runnable接口是实现多线程的一个好选择。例子如下：

public class MyRunnable extends OtherClass implements Runnable {  
　　public void run() {  
　　  System.out.println("in MyRunnable run"); 
　　}  
}

为了启动MyRunnable，需要首先实例化一个Thread，并传入自己的MyRunnable实例：

MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();  
Thread thread = new Thread(myRunnable);  
thread.start();

这里，有一点需要注意，就是Thread和Runnable之间到底是什么关系？我们看两个例子：

例子1：

实现多线程的代码就是上述代码。我们看到：

Thread thread = new Thread(myRunnable);

这一行，从之前的代码我们知道，myRunnable是实现了Runnable接口的一个实例，此时，将它作为Thread类的target传入，那么事实上，当传入一个Runnable target参数给Thread后，Thread的run()方法就会调用target.run()。原因在于：

Thread类JDK源代码：
public void run() {  
　　if (target != null) {  
　　 target.run();  
　　}  
}

例子2：

public class ThreadTest {

    public static void main(String[] args) {
            Runnable myRunnable = new MyRunnable();
            Thread thread = new MyThread(myRunnable);
            thread.start();
    }
}

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

class MyThread extends Thread {

    public MyThread(Runnable runnable){
        super(runnable);
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("in MyThread run");
    }
}

那么此时的线程执行体到底是MyRunnable接口中的run()方法还是MyThread类中的run()方法呢？通过输出我们知道线程执行体是MyThread类中的run()方法。为什么会和例子1的情况不一样？其实原因很简单，因为Thread类本身也是实现了Runnable接口，而run()方法最先是在Runnable接口中定义的方法：

public interface Runnable {
    
     public abstract void run();
     
 }

还记得Thread类JDK源代码，当执行到Thread类中的run()方法时，会首先判断target是否存在，存在则执行target中的run()方法，也就是实现了Runnable接口并重写了run()方法的类中的run()方法。那为什么例子2并不像例子1一样的逻辑执行呢。原因在于上述给到的列子中，由于多态的存在，根本就没有执行到Thread类中的run()方法，而是直接先执行了运行时类型即MyThread类中的run()方法。区别在于这里：

例子1：
Thread thread = new Thread(myRunnable); 
例子2：
Thread thread = new MyThread(myRunnable);

MyThread extends Thread。

3、使用Callable实现多线程

本文提供三种形式作为参考：

形式一：使用ExecutorService、Callable、Future实现有返回结果的多线程

Runnable是一种有局限性的抽象，它不能返回一个值。但许多任务实际上都是存在延迟计算的：执行数据库查询，从网络上获取资源，或者某个复杂耗时的计算。对于这种任务，Callable是一个更好的抽象，它能返回一个值，并可能抛出一个异常。Future表示一个任务的周期，并提供了相应的方法来判断是否已经完成或者取消，以及获取任务的结果和取消任务。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。下面先看下Callable和Future的源码：

public interface Callable {
    /**
     * Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
     *
     * @return computed result
     * @throws Exception if unable to compute a result
     */
    V call() throws Exception;
}

 // Future代表异步任务的执行结果
  public interface Future {
  
      /**
       * 尝试取消一个任务，如果这个任务不能被取消（通常是因为已经执行完了），返回false，否则返回true。
       */
      boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
  
      /**
      * 返回代表的任务是否在完成之前被取消了
      */
     boolean isCancelled();
 
     /**
      * 如果任务已经完成，返回true
      */
     boolean isDone();
 
     /**
      * 获取异步任务的执行结果（如果任务没执行完将等待）
      */
     V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
 
     /**
      * 获取异步任务的执行结果（有最长等待时间的限制）
      *
      *  timeout表示等待的时间，unit是它时间单位
      */
     V get(long timeout, TimeUnit unit)
         throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
 }

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就可以实现有返回结果的多线程了。看一个具体的例子：

import java.util.concurrent.*;  
import java.util.Date;  
import java.util.List;  
import java.util.ArrayList;  
  
/** 
* 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 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