Java之旅_高级教程_多线程编程

Posted 2020-11-08 微风

摘自：http://www.runoob.com/java/java-multithreading.html

 

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的一条执行路径，一个进程可以并发多个线程，每个线程并行 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。

 

一个线程的生命周期

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()、suspend()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：

1. 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。
2. 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）。
3. 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：

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

 

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 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 。

Tread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();

下面是一个创建线程并开始让它执行的实例：

 

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);
                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();
    }
}

运行结果如下

CreatingThread-1
StartingThread-1
CreatingThread-2
StartingThread-2
RunningThread-2
ThreadThread-2,4
RunningThread-1
ThreadThread-1,4
ThreadThread-2,3
ThreadThread-1,3
ThreadThread-1,2
ThreadThread-2,2
ThreadThread-2,1
ThreadThread-1,1
ThreadThread-1exiting.
ThreadThread-2exiting.

 

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。

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);
                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 TestThread2{
    public static void main(String[] args){
        ThreadDemo T1 = new ThreadDemo("Thread-1");
        T1.start();
        
        ThreadDemo T2 = new ThreadDemo("Thread-2");
        T2.start();
    }
}

运行结果

CreatingThread-1
StartingThread-1
CreatingThread-2
StartingThread-2
Running Thread-1
Thread:Thread-1,4
Running Thread-2
Thread:Thread-2,4
Thread:Thread-2,3
Thread:Thread-1,3
Thread:Thread-2,2
Thread:Thread-1,2
Thread:Thread-1,1
Thread:Thread-2,1
Thread:Thread-1exiting.
Thread:Thread-2exiting.

 

Thread 方法

下表列出了 Thread 类的一些重要方法：

序号	方法描述
1	public void start() 使该线程开始执行；Java虚拟机调用该线程的 run 方法。
2	public void run() 如果该线程是使用独立的 Runnable 运行对象构造的，则调用该 Runnable 对象的run方法；否则，该方法不执行任何操作并返回。
3	public final void setName(String name) 改变线程名称，使之与参数 name 相同。
4	public final void setPriority(int priority) 更改线程的优先级。
5	public final void setDaemon(boolean on) 将该线程标记为守护线程或用户线程。
6	public final void join(long millisec) 等待该线程的终止的时间最长为 millis 毫秒。
7	public void interrupt() 中断线程。
8	public final boolean isAlive()  测试线程是否处于活动状态。

 

上述方法是被 Thread 对象调用的。下面的方法是 Thread 类的静态方法。

序号	方法描述
1	public static void yield() 暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。
2	public static void sleep(long millisec) 在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行），此操作受到系统计时器和调度程序精度和准确性的影响。
3	public static boolean holdsLock(Object x) 当且仅当当前线程在指定的对象上保持监视器锁时，才返回true.
4	public static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用。
5	public static void dumpStack() 将当前线程的堆栈跟踪打印至标准错误流。

如下的ThreadClassDemo程序演示了Thread类的一些方法：

package javaLearn;

//实现Runnable接口
class DisplayMessage implements Runnable{
    private String message;
    
    public DisplayMessage(String message){
        this.message = message;
    }
    
    public void run(){
        while(true){
            System.out.println(message);
        }
    }
}


//继承Thread类
class GuessANumber extends Thread{
    private int number;
    
    public GuessANumber(int number){
        this.number = number;
    }
    
    public void run(){
        int counter = 0;
        int guess = 0;
        do{
            guess = (int)(Math.random()*100)+1;
            System.out.println(this.getName()+"  guesses  "+guess);
            counter++;
        }while(guess!=number);
        System.out.println("**Correct!"+this.getName()+" in  "+counter+"  guesses.**");
    }
}


public class ThreadClassDemo{
    public static void main(String[] args){
        Runnable hello = new DisplayMessage("hello");
        Thread thread1 = new Thread(hello);
        thread1.setDaemon(true);
        thread1.setName("hello");
        System.out.println("Starting hello thread...");
        thread1.start();
        
        Runnable bye = new DisplayMessage("goodbye");
        Thread thread2 = new Thread(bye);
        thread2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
        thread2.setDaemon(true);
        System.out.println("Starting goodbye thread...");
        thread2.start();
        
        System.out.println("Starting thread3...");
        Thread thread3 = new GuessANumber(27);
        thread3.setName("thread3");
        thread3.start();
        try{
            thread3.join();
        }catch(InterruptedException e){
            System.out.println("Thread interrupted...");
        }
        
        System.out.println("Starting thread4...");
        Thread thread4 = new GuessANumber(75);
        thread4.setName("thread4");
        thread4.start();
        System.out.println("main() is ending...");
    }
}

创建线程的两种方式对比

• 1.采用实现 Runnable 接口的方式创建多线程时，线程类只是实现了 Runnable 接口，还可以继承其他它。
• 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。

线程的几个主要概念

在多线程编程时，你需要了解以下几个概念：

• 线程同步
• 线程间通信
• 线程死锁
• 线程控制：挂起，停止和恢复

多线程的使用

有效利用多线程的关键是理解程序是并发执行而不是串行执行的。例如：程序中有两个子系统需要并发执行，这时候就需要利用多线程编程。

通过对多线程的使用，可以编写出非常高效的程序。不过请注意，如果你创建太多的线程，程序执行的效率实际上是降低了，而不是提升了。

请记住，上下文的切换开销也很重要，如果你创建了太多的线程，CPU花费在上下文的切换的时间将多于执行程序的时间！