Java技术——Java多线程学习

0.前言

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学习多线程之前需要先了解以下几个概念。

进程：一般指一个程序运行时的实例，每个进程有自己独立的地址空间。一个进程无法直接访问另一个进程的数据。

线程：是CPU调度的最小单元，一个进程可以有很多线程，每条线程可以并行执行不同的任务。并且每个线程有独立的运行栈和程序计数器。

多线程：指一个进程运行时产生了不止一个线程。提高了CPU资源的利用率。

并行：多台机器同时执行一段处理逻辑，即真正的同一时刻。

并发：通过CPU调度算法，从CPU操作层面不是真正的同时。并发一般发生在多个线程同时访问同一数据时。

线程安全：代码在多线程下运行和在单线程下运行永远都是获得相同的结果。

 

1.  创建多线程的三种方式

1.1 Thread和Runnable的比较

Java 5以前实现多线程有两种实现方法：一种是继承Thread类；另一种是实现Runnable接口。

 实现Runnable接口相比继承Thread类有如下优势：

（1）可以避免由于Java的单继承特性而带来的局限。

（2）适合多个相同程序代码的线程区处理同一资源的情况。比如下面这个买票的例子。

（3）Callable接口的call()方法是与返回值的，是一个泛型，而Runnable的run()没有返回值，单纯运行其中的逻辑。

//使用Thread实现
public static class MyThread extends Thread{  
    private int ticket = 5;  
    public void run(){  
        for (int i=0;i<10;i++)  {  
            if(ticket > 0){  
                System.out.println("ticket = " + ticket--);  
            }  
        }  
    }  
}  

public class ThreadDemo{  
    public static void main(String[] args){  
        new MyThread().start();  
        new MyThread().start();    
    }  
} 

//每个线程单独卖了5张票，即独立的完成了买票的任务
//输出结果为
ticket = 5
ticket = 4
ticket = 5
ticket = 3
ticket = 2
ticket = 1
ticket = 4
ticket = 3
ticket = 2
ticket = 1

//通过实现Runnable接口实现
public static class MyThread implements Runnable{  
    private int ticket = 5;  
    public void run(){  
        for (int i=0;i<10;i++)  {  
            if(ticket > 0){  
                System.out.println("ticket = " + ticket--);  
            }  
        }  
    }  
}  

public class RunnableDemo{  
    public static void main(String[] args){  
        MyThread my = new MyThread();
 //同样也new了2个Thread对象，但只有一个Runnable对象
 // 2个Thread对象共享这个Runnable对象中的代码
        new Thread(my).start();  
        new Thread(my).start();  
    }  
}

//输出结果为
ticket = 5
ticket = 3
ticket = 2
ticket = 1
ticket = 4

注意：

（1）上面第二段代码ticket输出的顺序并不是54321，这是因为线程执行的时机难以预测。因为ticket--并不是原子操作。这就需要加入同步操作。确保同一时刻只有一个线程在执行每次for循环中的操作。

（2）调用Thread.start()方法才会启动新线程；如果直接调用Thread.run() 方法，它的行为就和普通方法是一样的。

（3）start()方法的调用后并不是立即执行多线程代码，而是使得该线程变为可运行行态（Runnable），什么时候运行是由操作系统决定的。

（4）在Java中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是main主线程，一个是垃圾收集线程。

1.2  Callable

Java 5以后创建线程还有第三种方式：实现Callable接口，该接口中的call方法可以在线程执行结束时产生一个返回值，并且必须使用ExecutorService.submit()方法调用，submit()方法会返回产生的Future对象，它用Callable返回结果的特定类型进行了参数化。可以使用isDone()检测Future是否已完成，也可以不使用isDone()直接使用get()，get()将阻塞直至结果准备就绪。代码如下所示。

public static class MyTask implements Callable {  
	    private int upperBounds;  

	    public MyTask(int upperBounds) {  
	        this.upperBounds = upperBounds;  
	    }  

	    @Override  
	    public Integer call() throws Exception {  
	        int sum = 0;   
	        for(int i = 1; i <= upperBounds; i++) {  
	            sum += i;  
	        }  
	        return sum;  
	    }  

	}  

	    public static void main(String[] args) throws Exception {  
	        List> list = new ArrayList<>();  
	        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);  
	        for(int i = 0; i < 10; i++) {  
	            list.add(service.submit(new MyTask((int) (Math.random() * 100))));  
	        }  
 
	        for(Future future : list) {
	            int sum = 0;  
	            while(!future.isDone()) ;  //如果任务已完成isDone返回true
	            sum += future.get(); //get()方法获取返回值 
	            System.out.println(sum);  //打印十次求和
                    //future.cancel(true); 中断该线程的执行
                    //isCancelled(); 如果在任务正常完成前将其取消返回true
	        }  
	}  

2.   线程自身的信息

（1）线程的ID是唯一标识getId()；

（2）线程的名称：getName()，如果不设置线程名称默认为“Thread-xx”；

（3）线程的优先级，一般不推荐设置线程的优先级，非法设置会出现IllegalArgumentException异常。

//static int MAX_PRIORITY
//线程可以具有的最高优先级，取值为10
//static int MIN_PRIORITY
//线程可以具有的最低优先级，取值为1
//static int NORM_PRIORITY
//分配给线程的默认优先级，取值为5
Thread.setPriority();
Thread.getPriority();//分别用来设置和获取线程的优先级

3.  线程的六种状态

public enum State {
    //线程刚创建
    NEW,

    //在JVM中正在运行的线程
    RUNNABLE,

    //线程处于阻塞状态，等待监视锁，可以重新进行同步代码块中执行
    BLOCKED,

    //等待状态
    WAITING,

    //调用sleep() join() wait()方法可能导致线程处于等待状态
    TIMED_WAITING,

    //线程执行完毕，已经退出
    TERMINATED;
}

New状态表示刚刚创建的线程，这种线程还没开始执行，需要注意的是从New状态出发后不能再回到该状态。

等到线程的start()方法调用时才表示线程开始执行，当线程执行时，处于Runnable状态。表示所需的资源都准备好了。

如果线程执行时遇到了synchronized同步块，则进入Blocked阻塞状态，这时线程会暂停执行，直到获取到请求的锁。

Waiting和Time_Waiting都表示等待状态，前者会进入一个无时间限制的等待，后者会进入一个有时限的等待。

比如通过wait()等待的线程等待notify()，通过join()等待的线程等待目标线程的终止。一旦等到期望的时间，线程会进入Runnable状态。

当线程执行完毕，则进入Terminated状态，表示结束。结束后不再回到Runnable状态。

4.   多线程中的各种方法

（1）wait()：导致线程进入等待状态，直到其他线程调用此对象的notify() 方法或notifyAll() 唤醒方法。

（2）notify()：唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。如果所有线程都在此对象上等待，则会随机选择唤醒其中一个线程。

（3）notifyAll()：唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。

以上三个方法均为Object类的方法，并且调用时当前线程必须是锁的持有者，否则会抛出IllegalMonitorStateException。

（4）sleep()：在指定时间内让当前正在执行的线程暂停执行，wait()方法进入等待状态时会释放同步锁，而sleep() 方法不会释放同步锁。wait()通常被用于线程间交互，sleep()通常被用于暂停执行。wait()和sleep()都可以通过interrupt()方法打断线程的暂停状态，从而使线程立刻抛出InterruptedException。 

（5）join()：定义在Thread类中，如下代码解释。这种方法就可以确保两个线程的同步性。join()方法也可以设置一个最大等待时间，超过这个时间还在执行则继续往下执行。

Thread t1 = new Thread(计数线程一);  
Thread t2 = new Thread(计数线程二);  
t1.start();  
t1.join(); // 等待计数线程一执行完成，再执行计数线程二
t2.start();  

（6）yield()：线程让出CPU。让出后依然会进行CPU资源的争夺，而sleep() 方法在指定的睡眠内一定不会再得到运行机会。yield()方法一般用于某个线程不那么重要，又担心它占用太多CPU资源，就可以调用该方法让其他重要资源获得更多的工作机会。