Java的线程模型

由于Java是纯面向对象语言，因此，Java的线程模型也是面向对象的。Java通过Thread类将线程所必须的功能都封装了起来。要想建立一个线程，必须要有一个线程执行函数，这个线程执行函数对应Thread类的run方法。Thread类还有一个start方法，这个方法负责建立线程，相当于调用Windows的建立线程函数CreateThread。当调用start方法后，如果线程建立成功，并自动调用Thread类的run方法。因此，任何继承Thread的Java类都可以通过Thread类的start方法来建立线程。如果想运行自己的线程执行函数，那就要覆盖Thread类的run方法。


在Java的线程模型中除了Thread类，还有一个标识某个Java类是否可作为线程类的接口Runnable，这个接口只有一个抽象方法run，也就是Java线程模型的线程执行函数。因此，一个线程类的唯一标准就是这个类是否实现了Runnable接口的run方法，也就是说，拥有线程执行函数的类就是线程类。


从上面可以看出，在Java中建立线程有两种方法，一种是继承Thread类，另一种是实现Runnable接口，并通过Thread和实现Runnable的类来建立线程，其实这两种方法从本质上说是一种方法，即都是通过Thread类来建立线程，并运行run方法的。但它们的区别是：通过继承Thread类来建立线程，虽然在实现起来更容易，但由于Java不支持多继承，因此，这个线程类如果继承了Thread，就不能再继承其他的类了，因此，Java线程模型提供了通过实现Runnable接口的方法来建立线程，这样线程类可以在必要的时候继承和业务有关的类，而不是Thread类。






2==============================用Thread类创建线程==============================






在Java中创建线程有两种方法：使用Thread类和使用Runnable接口。在使用Runnable接口时需要建立一个Thread实例。因此，无论是通过Thread类还是Runnable接口建立线程，都必须建立Thread类或它的子类的实例。Thread类的构造方法被重载了八次，构造方法如下：


public Thread( );
public Thread(Runnable target);
public Thread(String name);
public Thread(Runnable target, String name);
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target);
public Thread(ThreadGroup group, String name);
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name);
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name, long stackSize);


Runnable target


实现了Runnable接口的类的实例。要注意的是Thread类也实现了Runnable接口，因此，从Thread类继承的类的实例也可以作为target传入这个构造方法。


String name


线程的名子。这个名子可以在建立Thread实例后通过Thread类的setName方法设置。如果不设置线程的名子，线程就使用默认的线程名：Thread-N，N是线程建立的顺序，是一个不重复的正整数。


ThreadGroup group


当前建立的线程所属的线程组。如果不指定线程组，所有的线程都被加到一个默认的线程组中。关于线程组的细节将在后面的章节详细讨论。


long stackSize


线程栈的大小，这个值一般是CPU页面的整数倍。如x86的页面大小是4KB。在x86平台下，默认的线程栈大小是12KB。 


一个普通的Java类只要从Thread类继承，就可以成为一个线程类。并可通过Thread类的start方法来执行线程代码。虽然Thread类的子类可以直接实例化，但在子类中必须要覆盖Thread类的run方法才能真正运行线程的代码。下面的代码给出了一个使用Thread类建立线程的例子：


  001 package mythread;
  002  
  003 public class Thread1 extends Thread
  004 {
  005      public void run()
  006      {
  007          System.out.println(this.getName());
  008      }
  009      public static void main(String[] args)
  010      {
  011          System.out.println(Thread.currentThread().getName());
  012          Thread1 thread1 = new Thread1();
  013          Thread1 thread2 = new Thread1();
  014          thread1.start();
  015          thread2.start();
  016      }
  017 }


上面的代码建立了两个线程：thread1和thread2。上述代码中的005至008行是Thread1类的run方法。当在014和015行调用start方法时，系统会自动调用run方法。在007行使用this.getName()输出了当前线程的名字，由于在建立线程时并未指定线程名，因此，所输出的线程名是系统的默认值，也就是Thread-n的形式。在011行输出了主线程的线程名。


    上面代码的运行结果如下：
main
Thread-0
Thread-1


从上面的输出结果可以看出，第一行输出的main是主线程的名子。后面的Thread-1和Thread-2分别是thread1和thread2的输出结果。


注意：任何一个Java程序都必须有一个主线程。一般这个主线程的名子为main。只有在程序中建立另外的线程，才能算是真正的多线程程序。也就是说，多线程程序必须拥有一个以上的线程。


    Thread类有一个重载构造方法可以设置线程名。除了使用构造方法在建立线程时设置线程名，还可以使用Thread类的setName方法修改线程名。要想通过Thread类的构造方法来设置线程名，必须在Thread的子类中使用Thread类的public Thread(String name)构造方法，因此，必须在Thread的子类中也添加一个用于传入线程名的构造方法。下面的代码给出了一个设置线程名的例子：


  001 package mythread;
  002  
  003
      public class Thread2 extends Thread
  004 {
  005      private String who;
  006  
  007      public void run()
  008      {
  009          System.out.println(who + ":" + this.getName());
  010      }
  011      public Thread2(String who)
  012      {
  013          super();
  014          this.who = who;
  015      }
  016      public Thread2(String who, String name)
  017      {
  018          super(name);
  019          this.who = who;
  020      }
  021      public static void main(String[] args)
  022      {
  023          Thread2 thread1 = new Thread2 ("thread1", "MyThread1");
  024          Thread2 thread2 = new Thread2 ("thread2");
  025          Thread2 thread3 = new Thread2 ("thread3");
  026          thread2.setName("MyThread2");
  027          thread1.start();
  028          thread2.start();
  029          thread3.start();
  030      }
  031 }


在类中有两个构造方法：


第011行：public sample2_2(String who)


这个构造方法有一个参数：who。这个参数用来标识当前建立的线程。在这个构造方法中仍然调用Thread的默认构造方法public Thread( )。


第016行：public sample2_2(String who, String name)


这个构造方法中的who和第一个构造方法的who的含义一样，而name参数就是线程的名字。在这个构造方法中调用了Thread类的public Thread(String name)构造方法，也就是第018行的super(name)。


在main方法中建立了三个线程：thread1、thread2和thread3。其中thread1通过构造方法来设置线程名，thread2通过setName方法来修改线程名，thread3未设置线程名。


    运行结果如下： 
thread1:MyThread1
thread2:MyThread2
thread3:Thread-1


从上面的输出结果可以看出，thread1和thread2的线程名都已经修改了，而thread3的线程名仍然为默认值：Thread-1。thread3的线程名之所以不是Thread-0，而是Thread-1，这是因为在024行建立thread2时已经将Thread-0占用了，因此，在025行建立thread3时就将thread3的线程名设为Thread-1。然后在026行又将thread2的线程名修改为MyThread2。因此就会得到上面的输出结果。 


注意：在调用start方法前后都可以使用setName设置线程名，但在调用start方法后使用setName修改线程名，会产生不确定性，也就是说可能在run方法执行完后才会执行setName。如果在run方法中要使用线程名，就会出现虽然调用了setName方法，但线程名却未修改的现象。


Thread类的start方法不能多次调用，如不能调用两次thread1.start()方法。否则会抛出一个IllegalThreadStateException异常。






3=============================使用Runnable接口创建线程==============================






实现Runnable接口的类必须使用Thread类的实例才能创建线程。通过Runnable接口创建线程分为两步：


1. 将实现Runnable接口的类实例化。


2. 建立一个Thread对象，并将第一步实例化后的对象作为参数传入Thread类的构造方法。


  最后通过Thread类的start方法建立线程。


下面的代码演示了如何使用Runnable接口来创建线程：


package mythread;


public class MyRunnable implements Runnable
{
    public void run()
    {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
    public static void main(String[] args)
    {
        MyRunnable t1 = new MyRunnable();
        MyRunnable t2 = new MyRunnable();
        Thread thread1 = new Thread(t1, "MyThread1");
        Thread thread2 = new Thread(t2);
        thread2.setName("MyThread2");
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}


上面代码的运行结果如下：


MyThread1
MyThread2






4==============================线程的生命周期==============================






与人有生老病死一样，线程也同样要经历开始（等待）、运行、挂起和停止四种不同的状态。这四种状态都可以通过Thread类中的方法进行控制。下面给出了Thread类中和这四种状态相关的方法。


    // 开始线程
    public void start( );
    public void run( );


    // 挂起和唤醒线程
    public void resume( );    // 不建议使用
    public void suspend( );    // 不建议使用
    public static void sleep(long millis);
    public static void sleep(long millis, int nanos);


    // 终止线程
    public void stop( );      // 不建议使用
    public void interrupt( );


    // 得到线程状态
    public boolean isAlive( );
    public boolean isInterrupted( );
    public static boolean interrupted( );


    // join方法
    public void join( ) throws InterruptedException;


一、创建并运行线程


线程在建立后并不马上执行run方法中的代码，而是处于等待状态。线程处于等待状态时，可以通过Thread类的方法来设置线程的各种属性，如线程的优先级（setPriority）、线程名(setName)和线程的类型（setDaemon）等。


当调用start方法后，线程开始执行run方法中的代码。线程进入运行状态。可以通过Thread类的isAlive方法来判断线程是否处于运行状态。当线程处于运行状态时，isAlive返回true，当isAlive返回false时，可能线程处于等待状态，也可能处于停止状态。下面的代码演示了线程的创建、运行和停止三个状态之间的切换，并输出了相应的isAlive返回值。


package chapter2;


public class LifeCycle extends Thread
{
    public void run()
    {
        int n = 0;
        while ((++n) < 1000);        
    }
    
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        LifeCycle thread1 = new LifeCycle();
        System.out.println("isAlive: " + thread1.isAlive());
        thread1.start();
        System.out.println("isAlive: " + thread1.isAlive());
        thread1.join();  // 等线程thread1结束后再继续执行 
        System.out.println("thread1已经结束!");
        System.out.println("isAlive: " + thread1.isAlive());
    }
}


要注意一下，在上面的代码中使用了join方法，这个方法的主要功能是保证线程的run方法完成后程序才继续运行，这个方法将在后面的文章中介绍


上面代码的运行结果：


isAlive: false
isAlive: true
thread1已经结束!
isAlive: false