多线程编程学习一(Java多线程的基础)

Posted 2020-10-05 JMCui

一、进程和线程的概念

进程：一次程序的执行称为一个进程，每个 进程有独立的代码和数据空间，进程间切换的开销比较大，一个进程包含1—n个线程。进程是资源分享的最小单位。

线程：同一类线程共享代码和数据空间，每个线程有独立的运行栈和程序计数器(PC)，线程切换开销小，线程是CPU调度的最小单位。

多进程：指操作系统能同时运行多个任务(程序)。

多线程：指同一个程序中有多个顺序流在执行，线程是进程内部单一控制序列流。

线程和进程一样包括：创建、就绪、运行、阻塞、销毁 五个状态：

1、新建状态（New）：新创建了一个线程对象。

2、就绪状态（Runnable）：线程对象创建后，其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，变得可运行，等待获取CPU的使用权。

3、运行状态（Running）：就绪状态的线程获取了CPU，执行程序代码。

4、阻塞状态（Blocked）：阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种：

（一）、等待阻塞：运行的线程执行wait()方法，JVM会把该线程放入等待池中。(wait会释放持有的锁)

（二）、同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池中。

（三）、其他阻塞：运行的线程执行sleep()或join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。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。（注意,sleep是不会释放持有的锁）

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、多线程的优势

    单线程的特点就是排队执行，也就是同步。而多线程能最大限度的利用CPU的空闲时间来处理其他的任务，系统的运行效率大大提升，使用多线程也就是在执行异步。

三、使用多线程

    实现多线程编程的方式主要有两种，一种是继承Thread类，另一种是实现Runable接口。其实，使用继承Thread类的方式创建新线程时，最大的局限就是不支持多继承，因为Java语言的特点就是单根继承，所以为了支持多继承，完全可以实现Runnable接口，一边实现一边继承。但是这两种方式创建的线程在工作时的性质是一样的，没有本质的差别。

public class Thread1 extends Thread {
    private int count=5;
    @Override
    public void run()
    {
        for (int i=0;i<2;i++){
            System.out.println("现在是线程"+currentThread().getName()+"在执行:"+count--); }
    }
}

public class Thread2 implements Runnable {
    private int count=5;
    @Override
    public void run() {
        for(int i=0;i<2;i++){
            System.out.println("现在是线程"+Thread.currentThread().getName()+"在执行:"+count--); }
    }
}

public class Test{
    public static void main(String[] args){
        //集成Thread类
        Thread1 thread1=new Thread1();
        Thread t1=new Thread(thread1,"A");
        Thread t2=new Thread(thread1,"B");
        Thread t3=new Thread(thread1,"C");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        //实现Runable接口
        Thread2 thread2=new Thread2();
        Thread t4=new Thread(thread2,"A2");
        Thread t5=new Thread(thread2,"B2");
        Thread t6=new Thread(thread2,"C2");
        t4.start();
        t5.start();
        t6.start();
    }}

演示这个结果是为了说明以下两点：

1、CPU对线程的调度具有不确定性，采用“抢占式”调度。

2、对于网上经常说的，实现 Runnable 接口的线程可以实现共享数据，而继承 Thread 的线程就不能。其实不然，它们两者的区别仅是单继承的限制以及一些用法的不同(比如 如果你想对这个Thread对象做点别的事情(比如getName)，那么你就必须通过调用Thread.currentThread()方法得到对此线程的引用），没有实质的差别。

 

多线程执行时为什么调用的是start()方法而不是run()方法？

    如果调用代码thread.run()就不是异步执行了，而是同步，那么此线程对象就不会交给“线程规划器”来进行处理。而是由main主线程来调用run()方法，也就是说必须要等到run()方法中的代码执行完成后才可以执行后面的代码。start()用来启动一个线程，当调用start()方法时，系统才会开启一个线程，通过Thead类中start()方法来启动的线程处于就绪状态（可运行状态），此时并没有运行，一旦得到CPU时间片，就自动开始执行run()方法。 

四、synchronized 关键字

    多线程的锁机制，通过在多线程要调用的方法前加入synchronized 关键字，使多个线程在执行方法时，要首先尝试去拿这把锁，如果能够拿到这把锁，那么这个线程就可以执行synchronize里面的代码。如果不能拿到这把锁，那么这个线程就会不断地尝试拿这把锁，直到拿到这把锁。synchronized 可以在任意对象及方法上加锁，而加锁的这段代码称为“互斥区” 或 “临界区”。

    使用synchronized关键字主要是为了保证当前线程在执行过程中，不被其他线程抢占并修改了共享的资源，从而导致线程不安全的情况出现。

五、常用线程方法

1、Thread.currentThread()方法：返回代码段正在被哪个线程调用的信息。最常见的就是Thread.currentThread().getName()。

2、isAlive()方法：判断当前的线程是否处于活动状态。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。线程正在运行或准备开始运行的状态，就认为线程是“存活”的。

3、Thread.sleep()方法：在指定的毫秒数内让"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。

4、getId()方法：取得该线程的唯一标识。

5、Thread.interrupt()方法：用于中断线程，这里需要注意Thread.interrupt 的作用其实也不是中断线程，而是「通知线程应该中断了」，具体到底中断还是继续运行，应该由被通知的线程自己处理。具体来说，当对一个线程，调用 interrupt() 时，

① 如果线程处于被阻塞状态（例如处于sleep, wait, join 等状态），那么线程将立即退出被阻塞状态，并抛出一个InterruptedException异常，并且清除中断标志，使之变为false。
② 如果线程处于正常活动状态，那么会将该线程的中断标志设置为 true，仅此而已。被设置中断标志的线程将继续正常运行，不受影响。

Thread thread = new Thread(() -> {
    // 通过这样来检查这个中断标志位是否设置为 true 来判断是否进行程序逻辑，不要使用废弃的 Thread.stop, Thread.suspend, Thread.resume
    while (!Thread.interrupted()) {
        // do more work.
    }
});
thread.start();

// 一段时间以后
thread.interrupt();

 值得一提的是，判断线程是否中断有两个办法：

• interrupted():测试当前线程是否已经是中断状态，执行后具有将状态标志清除的false的功能。(这里需要特别注意的是即使是MyThread.interrupted(),测试的仍然是当前线程(this.currentThread())的状态)。
  
• isInterrupted():测试线程Thread对象是否已经是中断状态，但不清除状态标志。

 通过抛出异常来中断线程：

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run(){
        try {
            for (int i = 0; i < 500000; i++) {
                if (this.interrupted()) {
                    System.out.println("已经是停止状态了！我要退出了");
                    throw new InterruptedException();
                }
                System.out.println("i=" + (i + 1));
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("进入MyThread.java类run方法中的catch了！");
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

 另外，还可以通过retuen的方法来中断线程。不过还是建议"抛异常"的方法来实现线程的停止，因为在catch块中还可以将异常向上抛，使线程停止的事件得以传播。

6、Thread.yield()方法：放弃当前的CPU资源，将它让给其他的任务去占用CPU的执行时间。但放弃的时间不确定，有可能刚刚放弃，马上又获得CPU时间片。

7、setPriority()方法：为了程序的可移植性，建议植使用 MAX_PRIORITY , NORM_PRIORITY , MIN_PRIORITY 三个级别。设置优先级并不意味着优先级低的就得不到调用，只是CPU更倾向于让高的优先级先执行，但是CPU具体调用那个线程是无法确定的，设置优先级只能保证说这个线程被调用的频率比较高。

8、setDaemon(true)：守护线程。守护线程是一个特殊的线程，它的特性有“陪伴”的含义，当进程中不存在非守护线程了，则守护线程自动销毁。典型的守护线程就是垃圾回收线程，当进程中没有非守护线程了，则垃圾回收线程也就没有存在的必要了。

9、join()方法：等待该线程终止。join() 方法主要是让调用该方法的thread完成run方法里面的东西后， 再执行join()方法后面的代码，对join()方法的调用可以被中断，做法是调用线程上的的interrupt()方法。

六、其他

1、stop()方法在终结一个线程时不会保证线程的资源正常释放，通常是没有给予线程完成资源释放工作的机会，因此会导致程序可能工作在不确定状态下。

2、suspend()方法暂停线程。resume()方法恢复线程的执行。在使用 suspend() 和resume()时，线程不会释放已经占有的资源（比如锁），而是占有着资源进入睡眠状态，这样容易引发死锁问题 。这是一个典型的线程对立的例子，如果有两个线程同时持有一个线程对象，一个尝试去中断线程，另一个尝试去恢复线程，如果并发进行的话，无论调用时是否进行了同步，目标线程都是存在死锁风险的。

3、以上提到的原因导致 stop()、suspend()、resume() 被废弃，不建议使用。

3、Daemon 线程是一种支持型线程，主要用作程序中后台调度以及支持性工作。JVM 不存在非 Daemon 线程的时候，Java 虚拟机将会退出。所以不能依靠 Daemon 线程的 finally 块来确保执行关闭或清理资源的逻辑。

4.  启线程前，最好为这个线程设置线程名字，因为这样在使用 jstack 分析程序或者问题排查时，能够找到一个切入点。