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Java多线程编程

Java 给多线程编程提供了内置的支持。 一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

多线程是多任务的一种特别的形式，但多线程使用了更小的资源开销。

这里定义和线程相关的另一个术语 - 进程：一个进程包括由操作系统分配的内存空间，包含一个或多个线程。一个线程不能独立的存在，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。

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

  当线程对象调用了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()，此时线程便处于运行状态。处于运行状态的线程最为复杂，它可以变为阻塞状态、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

每一个 Java 线程都有一个优先级，这样有助于操作系统确定线程的调度顺序。

Java 线程的优先级是一个整数，其取值范围是 1 （Thread.MIN_PRIORITY ） - 10 （Thread.MAX_PRIORITY ）。

默认情况下，每一个线程都会分配一个优先级 NORM_PRIORITY（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前分配处理器资源。但是，线程优先级不能保证线程执行的顺序，而且非常依赖于平台。

创建一个线程

• 通过实现 Runnable 接口；
• 通过继承 Thread 类本身；
• 通过 Callable 和 Future 创建线程。

1. 通过实现Runnable接口来创建线程

创建一个线程，最简单的方法是创建一个实现 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()，声明如下：

public void run()

你可以重写该方法，重要的是理解的 run() 可以调用其他方法，使用其他类，并声明变量，就像主线程一样。

在创建一个实现 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);

这里，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。

新线程创建之后，你调用它的 start() 方法它才会运行。

void start();

示例：

class RunnableDemo implements Runnable {
      private Thread t;   private String threadName;      RunnableDemo( String name) {
         threadName = name;      System.out.println("Creating " +  threadName );   }      public void run() {
         System.out.println("Running " +  threadName );      try {
            for(int i = 4; i > 0; i--) {
               System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i);            // 让线程睡眠一会            Thread.sleep(50);         }      }catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("Thread " +  threadName + " interrupted.");      }      System.out.println("Thread " +  threadName + " exiting.");   }      public void start () {
         System.out.println("Starting " +  threadName );      if (t == null) {
            t = new Thread (this, threadName);         t.start ();      }   }} public class TestThread {
       public static void main(String args[]) {
         RunnableDemo R1 = new RunnableDemo( "Thread-1");      R1.start();            RunnableDemo R2 = new RunnableDemo( "Thread-2");      R2.start();   }   }

输出：

Creating Thread-1Starting Thread-1Creating Thread-2Starting Thread-2Running Thread-1Thread: Thread-1, 4Running Thread-2Thread: Thread-2, 4Thread: Thread-1, 3Thread: Thread-2, 3Thread: Thread-1, 2Thread: Thread-2, 2Thread: Thread-1, 1Thread: Thread-2, 1Thread Thread-1 exiting.Thread Thread-2 exiting.

2. 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。

示例：

class ThreadDemo extends Thread {
      private Thread t;   private String threadName;      ThreadDemo( String name) {
         threadName = name;      System.out.println("Creating " +  threadName );   }      public void run() {
         System.out.println("Running " +  threadName );      try {
            for(int i = 4; i > 0; i--) {
               System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i);            // 让线程睡眠一会            Thread.sleep(50);         }      }catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("Thread " +  threadName + " interrupted.");      }      System.out.println("Thread " +  threadName + " exiting.");   }      public void start () {
         System.out.println("Starting " +  threadName );      if (t == null) {
            t = new Thread (this, threadName);         t.start ();      }   }} public class TestThread {
       public static void main(String args[]) {
         ThreadDemo T1 = new ThreadDemo( "Thread-1");      T1.start();            ThreadDemo T2 = new ThreadDemo( "Thread-2");      T2.start();   }   }

输出：

Creating Thread-1Starting Thread-1Creating Thread-2Starting Thread-2Running Thread-1Thread: Thread-1, 4Running Thread-2Thread: Thread-2, 4Thread: Thread-1, 3Thread: Thread-2, 3Thread: Thread-1, 2Thread: Thread-2, 2Thread: Thread-1, 1Thread: Thread-2, 1Thread Thread-1 exiting.Thread Thread-2 exiting.

3. 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 创建并启动新线程。

• 调用 FutureTask 对象的 get() 方法来获得子线程执行结束后的返回值。

示例：

public class CallableThreadTest implements Callable
   
     {
       public static void main(String[] args)      {
             CallableThreadTest ctt = new CallableThreadTest();          FutureTask
    
      ft = new FutureTask<>(ctt);          for(int i = 0;i < 100;i++)          {
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 的循环变量i的值"+i);              if(i==20)              {
                     new Thread(ft,"有返回值的线程").start();              }          }          try          {
                 System.out.println("子线程的返回值："+ft.get());          } catch (InterruptedException e)          {
                 e.printStackTrace();          } catch (ExecutionException e)          {
                 e.printStackTrace();          }        }    @Override      public Integer call() throws Exception      {
             int i = 0;          for(;i<100;i++)          {
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);          }          return i;      }  }
    
   

三种创建线程方式对比

• 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，直接使用 this 即可获得当前线程。

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