Java多线程基础

2019-01-17 本文已影响15人 oneape15

前言

在我们工作和学习的过程中，Java线程我们或多或少的都会用到，但是在使用的过程上并不是很顺利，会遇到各种各样的坑，这里我通过讲解Thread类中的核心方法，以求重点掌握以下关键技术点：

线程的启动
如何使线程暂停
如何使线程停止
线程的优先级
线程安全相关的问题

什么是进程和线程？

进程 - 进程是具有一定独立功能的程序（例如QQ.exe），关于某个数据集合上的一次运行活动，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
线程 - 线程是进程的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位，它是比进程更小的能独立运行的基本单位；线程自己基本上不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器，一组寄存器和栈)，但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。

一个线程可以创建和撤销另一个线程；同一个进程中的多个线程之间可以并发执行。

相对进程而言，线程是一个更加接近于执行体的概念，它可以与同进程中的其他线程共享数据，但拥有自己的栈空间，拥有独立的执行序列。

在串行程序基础上引入线程和进程是为了提高程序的并发度，从而提高程序运行效率和响应时间。

多线程的优点

其实多线程从某方面可以等价于多任务，当你有多个任务要处理时，多个任务一起做所消耗的时间肯定比任务串行起来做，所消耗的时间短；下图可以很好的说明：

单任务运行环境与多任务运行环境比较

在我们现在的系统中，CPU的运行速度是很快的，其中很大的时间消耗是在等硬盘、IO输入、网络等资源；当多任务时，CPU完全可以在多个任务之间来回切换。使用的花费的时间远远少于所有任务需要消耗的少。

使用多线程

在Java的JDK包中，已经自带了对多线程技术的支持，可以非常方便地进行多线程的编程。实现多线程编程的方式主要有两种：

继承Thread类
实现Runnable接口

Thread类图

从上面的类图中发现，Thread类实现了Runnable接口，它们之间具有多态关系。

Runnable接口类源代码：

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
   public abstract void run();
}

Thread类的主要源代码：

public class Thread implements Runnable {
  public static native Thread currentThread();
  public static native void yield();
  public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;
  public static void sleep(long millis, int nanos) throws InterruptedException {
    // ...
    sleep(millis);
  }
  public Thread() {
    init(null, null, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
  }
   public Thread(Runnable target) {
      init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
   }
  public Thread(ThreadGroup group, Runnable target) {
        init(group, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
  }

  public synchronized void start() {
    // ...
    start0(); 
    // ...
  }
  private native void start0();
  @Deprecated
  public final void stop() {
    // ...
  }
  public void interrupt() {
     // ...
  }
  public static boolean interrupted() {
     return currentThread().isInterrupted(true);
  }
  public boolean isInterrupted() {
      return isInterrupted(false);
  }
  private native boolean isInterrupted(boolean ClearInterrupted);
  public final native boolean isAlive();
  @Deprecated
  public final void suspend() {
        checkAccess();
        suspend0();
  }
  @Deprecated
  public final void resume() {
        checkAccess();
        resume0();
  }
}

这二种创建线程的方式有什么区别？

这个主要是因为Java类是单继承的，而接口可以支持多继承，使用Thread类的方式创建新线程时，最大的局限就是不支持多继承。所以具体选择哪种方式来创建线程，就看你是不是需要具体多继承的特性；其他没有本质的区别。

Thread详解

通过Thread的源代码，我们现在对其主要的的一些方法进行讲解一下

native关键字 - native是与C++联合开发的时候用的！使用native关键字说明这个方法是原生函数，也就是说这个方法是用C/C++语言实现的，并且被编译成dll相关组件，由java来调用。所以从上面的Thread类源代码中可以看到，有好多是调用了原生的函数。
构造方法 - Thread有一组构造方法，具体指定了线程名称(name)、线程组(ThreadGroup)、接口类(Runnable)、栈大小(stackSize)等参数具体如下：

public Thread()
public Thread(Runnable target)
Thread(Runnable target, AccessControlContext acc)
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target)
public Thread(String name)
public Thread(ThreadGroup group, String name)
public Thread(Runnable target, String name)
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name)
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name, long stackSize)

isAlive() - 方法isAlive()是判断当前的线程是否处于活动状态。而这个活动状态指的是：线程已经启动且尚未终止，如正在运行,准备开始运行的状态，都认为线程是“存活”的。
sleep() - 在指定的毫秒数内让当前“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。
getId() - 取得线程的唯一标识。每个线程在初始化的过程中都会调用nextThreadID方法获取到一个唯一标识。

private static long threadSeqNumber;
private static synchronized long nextThreadID() {
   return ++threadSeqNumber;
}

在一个进程中，线程的ID是唯一的

停止线程 - 停止线程是在多线程开始时很重要的技术点，而停止线程在Java中并不像break语句那样干脆，需要一些技巧性的处理。

在Java中有以下3种方法可以终止正在运行的线程。

使用退出标志，使线程正常退出，即当run方法完成后线程终止。

使用stop方法强行终止线程，但是不推荐使用该方法，因为stop和suspend及resume一样，都是作废过期的方法，使用它们可能产生不可预料的结果。

使用interrupt方法中断线程。

暂停线程 - 暂停线程意味着此线程还可以恢复运行。使用suspend()方法暂停线程，resume()方法恢复线程的执行。
yield - yield()方法的作用是放弃当前的CPU资源，将它让给其他的任务去占用CPU执行时间。但是放弃的时间不确定，有可能刚放弃，马上又获得CPU时间片了。
线程优先级 - 在操作系统中，线程可以划分优先级，优先级较高的线程得到的CPU资料较多，也就是CPU优先执行优先级较高的线程对象中的任务。在Thread中，我们使用setPriority()方法设置优先级别。

java的线程优先级分为1~10这10个等级
public final static int MIN_PRIORITY = 1;
public final static int NORM_PRIORITY = 5;
public final static int MAX_PRIORITY = 10;

线程优先级具有继承特性，比如A线程启动B线程，则B线程的优先级与A是一样的。

优先级具有规则性，虽然我们使用setPriority()方法设置了优先级，但是真正执行的过程中，不会保证优先级高的线程绝对比优先级低的线程优先完成。即CPU尽量将执行资源让给优先级比较高的线程。
*优先级具有随机性，具优先级较高的线程不一定每一次都先执行完。

守护线程 - 在Java线程中有两种线程，一种是用户线程，另一种是守护线程。

守护线程是一种特殊的线程，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，则垃圾回收线程则没有存在的必要了，自动销毁。
只要当前JVM实例中存在任何一个非守护线程没有结束，守护线程就在工作，只有当最后一个非守护线程结束时，守护线程才随着JVM一同结束工作。
通过调用Thread.setDaemon(true)设置是否为守护线程。