Java 多线程编程

Posted 2020-10-25 Steven

一、线程的生命周期

线程是一个动态执行的过程，它也有一个从产生到死亡的过程。

下图显示了一个线程完整的生命周期

• 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

二、线程的优先级

1、调整线程优先级：Java线程有优先级，优先级高的线程会获得较多的运行机会

Java线程的优先级用整数表示，取值范围是1~10，Thread类有以下三个静态常量：

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类的setPriority()和getPriority()方法分别用来设置和获取线程的优先级

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

三、创建一个线程

Java 提供了三种创建线程的方法：

• 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）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()

一、创建一个对象类

package test_synthronized;
public class Foo {
   int x=100;

public int getX() {
    return x;
}
public  int fix(int y) {
    synchronized(this){
    x=x-y;
    System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName() + "运行结束，减少“" + y
            + "”，当前值为：" + x);}
    return x;
}
}
二、创建一个线程类

package test_synthronized;

/**
 * 线程的同步与锁
 */
public class Thread_synchronized_01 implements Runnable{
    private  Foo foo=new Foo();
   
   public static void main(String[] args) {
       Thread_synchronized_01 syn=new Thread_synchronized_01();
       Thread t1=new Thread(syn,"t1"); 
       Thread t2=new Thread(syn,"t2"); 
       t1.start();
       t2.start();
   }

    /* (non-Javadoc)
     * @see java.lang.Runnable#run()
     */
    public void run() {
         for (int i = 0; i < 3; i++) {
                this.fix(30);
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
     /* 
      * t1 : 当前foo对象的x值= 40
        t2 : 当前foo对象的x值= 40
        t1 : 当前foo对象的x值= -20
        t2 : 当前foo对象的x值= -50
        t1 : 当前foo对象的x值= -80
        t2 : 当前foo对象的x值= -80
      *  从结果发现，这样的输出值明显是不合理的。原因是两个线程不加控制的访问Foo对象并修改其数据所致。
                如果要保持结果的合理性，只需要达到一个目的，就是将对Foo的访问加以限制，每次只能有一个线程在访问。这样就能保证Foo对象中数据的合理性了。
                在具体的Java代码中需要完成一下两个操作：
                把竞争访问的资源类Foo变量x标识为private；
                同步哪些修改变量的代码，使用synchronized关键字同步方法或代码。
      */
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : 当前foo对象的x值= " + foo.getX());
            }
    }
    public int fix(int y) {
        return foo.fix(y);
    }
}
三、结果
线程t1运行结束，减少“30”，当前值为：70
t1 : 当前foo对象的x值= 70
线程t1运行结束，减少“30”，当前值为：40
t1 : 当前foo对象的x值= 40
线程t1运行结束，减少“30”，当前值为：10
t1 : 当前foo对象的x值= 10
线程t2运行结束，减少“30”，当前值为：-20
t2 : 当前foo对象的x值= -20
线程t2运行结束，减少“30”，当前值为：-50
t2 : 当前foo对象的x值= -50
线程t2运行结束，减少“30”，当前值为：-80
t2 : 当前foo对象的x值= -80

2) 继承Thread来创建线程

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

package test_synthronized;
public class Thread_synchronized_02 {


    class MyThread extends Thread{
        private Foo foo;
        /**当前值*/
        private int y = 0;
        
        MyThread(String name, Foo foo, int y) {
            super(name);
            this.foo = foo;
            this.y = y;
        }

        public void run() {
            foo.fix(y);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Thread_synchronized_02 run = new Thread_synchronized_02();
        Foo foo=new Foo();
        
        MyThread t1 = run.new MyThread("线程A", foo, 10);
        MyThread t2 = run.new MyThread("线程B", foo, 2);
        MyThread t3 = run.new MyThread("线程C", foo, 3);
        MyThread t4 = run.new MyThread("线程D", foo, 5);
        
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
    }
}
结果
线程线程A运行结束，减少“10”，当前值为：90
线程线程C运行结束，减少“3”，当前值为：87
线程线程B运行结束，减少“2”，当前值为：85
线程线程D运行结束，减少“5”，当前值为：80

3) 通过 Callable 和 Future 创建线程

• 1. 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。

• 2. 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。

• 3. 使用 FutureTask 对象作为 Thread 对象的 target 创建并启动新线程。

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

package test_synthronized;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

public class CallableThread implements Callable<Integer> {

    public Integer call() throws Exception {
        int i = 0;  
        for(;i<8;i++)  
        {  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);  
        }  
        return i;
    }
    public static void main(String[] args) {
        CallableThread callableThread=new CallableThread();
        FutureTask<Integer> ft=new FutureTask<Integer>(callableThread);
         for(int i = 0;i < 8;i++)  
         {  
             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 的循环变量i的值"+i);  
             if(i==2)  
             {  
                 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();  
         } 
    }
}
结果
main 的循环变量i的值0
main 的循环变量i的值1
main 的循环变量i的值2
main 的循环变量i的值3
有返回值的线程 0
main 的循环变量i的值4
有返回值的线程 1
main 的循环变量i的值5
有返回值的线程 2
main 的循环变量i的值6
有返回值的线程 3
main 的循环变量i的值7
有返回值的线程 4
有返回值的线程 5
有返回值的线程 6
有返回值的线程 7
子线程的返回值：8

四、线程的三种方式的对比

• 1. 采用实现 Runnable、Callable 接口的方式创见多线程时，线程类只是实现了 Runnable 接口或 Callable 接口，还可以继承其他类。

• 2. 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。