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文章目录
  1. 概述
  2. 一个线程的生命周期
  3. 线程的优先级
  4. 创建一个线程
    1. 通过实现 Runnable 接口
    2. 通过继承 Thread 类本身
    3. 通过 Callable 和 Future 创建线程
  5. 创建线程的三种方式对比
  6. 线程的几个主要概念
  7. 多线程的使用

Java 之多线程

2020.04.15 zhouxelf 后端  热度 ℃

概述

  • Java 给多线程编程提供了内置的支持。
  • 线程：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。一个线程不能独立存在，它必须是进程的一部分。
  • 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

  • 新建状态：使用 new 关键字和 Thread 类或及其子类建立一个线程对象后，该线程对象就处于新建状态，直到执行 start()。
  • 就绪状态：调用 start() 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，等待 JVM 里线程调度器的调度。
  • 运行状态：就绪状态的线程获取 CPU 资源，就可以执行 run()，之后线程处于运行状态。该状态的线程最为复杂，它可以变为阻塞状态、就绪状态或死亡状态。
  • 阻塞状态：如果线程执行了 sleep()、suspend() 等方法，失去所占资源之后，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重新进入就绪状态。阻塞状态还可以分为三种：
    • 等待阻塞：运行中的线程执行 wait() 方法，进入等待阻塞状态；
    • 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 I/O 请求时，线程就进入阻塞状态。当 sleep() 状态超时，join() 等待线程终止或超时，或 I/O 处理完毕，线程重新进入就绪状态。
  • 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，线程就会切换到终止状态。

线程的优先级

  • 每个 Java 线程都有一个优先级，有助于操作系统确定调度顺序。
  • Java 线程的优先级是一个整数，取值范围是 1-10 (Thread.MIN_PRIORITY - MAX_PRIORITY)。
  • 每个 Java 线程默认分配一个优先级 5(NORM_PRIORITY)。
  • 具有优先级搞的线程应该对程序更重要，应该在优先级低的线程之前分配处理器资源。但是，线程的优先级不能保证线程执行的顺序，也非常依赖于平台。

创建一个线程

Java 提供了三种方法创建线程：

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

通过实现 Runnable 接口

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class RunnableDemo implements Runnable {
    private Thread t;
    private final String threadName;

    RunnableDemo(String name) {
        threadName = name;
        System.out.println("Creating " + threadName);
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Running " + threadName);
        try {
            for (int i = 4; i > 0; i--) {
                System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i);
                // 线程睡眠
                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 ThreadTest_1 {
    public static void main(String[] args) {
        RunnableDemo R1 = new RunnableDemo("Thread-1");
        R1.start();

        RunnableDemo R2 = new RunnableDemo("Thread-2");
        R2.start();
    }
}

通过继承 Thread 类本身

本质上也是实现了 Runnable 接口的一个实例。

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class ThreadDemo extends Thread {
    private Thread t;
    private final 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);
                // 线程睡眠
                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 ThreadTest_2 {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadDemo T1 = new ThreadDemo("Thread-1");
        T1.start();

        ThreadDemo T2 = new ThreadDemo("Thread-2");
        T2.start();
    }
}

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。
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public class CallableThreadTest implements Callable<Integer> {
    @Override
    public Integer call() {
        int i = 0;
        for (; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - " + i);
        }

        return i;
    }

    public static void main(String[] args) {
        CallableThreadTest ctt = new CallableThreadTest();
        FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<>(ctt);

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 的循环变量 i 的值: " + i);
            if (i == 5) {
                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 | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

创建线程的三种方式对比

  • 采用实现 Runnable、Callable 接口的方式创建多线程时，线程只是实现了 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。

线程的几个主要概念

  • 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！