多线程系列（一）--线程基础

2018-01-09 本文已影响0人 stellaYdc

文章目录
(一)线程的定义
(二)实现多线程的方式

继承Thread类
实现Runnable接口

(三)Thread常用方法介绍

中断线程方法
1. interrupt()方法
静态方法{#3.2}
1. currentThread()方法
2. sleep()方法
3. yield()方法
对象方法
1. isAlive()方法
2. join()方法
3. join(long)方法与sleep(long)方法的区别

(四)停止线程

安全的终止线程
1. 中断法+boolean变量法
2. 抛出异常法+return法

(五)线程优先级
(六)守护线程（Daemon线程）
(七)线程的状态（线程的生命周期）

线程的定义

线程可以理解成是在进程中独立运行的子任务。

实现多线程的方式

继承Thread类；
实现Runnable接口；

继承Thread类

public class Thread implements Runnable

Thread类实现了Runnable接口，他们之间具有多态关系。

下面是一个创建线程实例，继承Thread类，并且重写run方法。

public class MyThread extends Thread {

    @Override

    public void run(){

        super.run();

        System.out.println("MyThread");

    }

    public static void main(String[]args){

        MyThread myThread=new MyThread();

        myThread.start();

        System.out.println("main running end!");

    }

}

运行结果：

main running end!

MyThread

从运行结果可以看出，myThread.run()方法执行的时间比较晚，说明在使用多线程技术时，代码运行的结果与代码执行的顺序无关。

实现Runnable接口

首先，我们来查看一下Thread.java的构造函数：

Image.png

通过实现Runnable接口，也可以创建线程，将Runnable对象通过Thread类的构造函数传进去，下面展示实例：

public class MyRunnable implements Runnable {

    @Override

    public void run() {

        System.out.println("running!");

    }

    public static void main(String[]args){

        Runnable runnable=new MyRunnable();

        Thread thread = new Thread(runnable);

        thread.start();

        System.out.println("main running end!");

    }

}

运行结果：

main running end!

running!

因为Java只支持单继承，为了避免这一局限性，可以使用实现Runnable接口的方式来实现多线程技术。

从构造函数Thread(Runnable target)可以看出，我们不光可以传入实现Runnable接口的对象，也可以传入一个Thread类的对象，因为Thread类也实现了Runnable接口，这样做可以将Thraed对象中的run()方法完全交由其他的线程来进行调用。

Thread常用方法介绍

方法名称	方法说明
public synchronized void start()	启动一个线程，Java虚拟机JVM调用run()方法
public final native boolean isAlive();	isAlive()方法是判断当前线程是否处于活动状态。活动状态是线程已经启动且尚未终止。
public void interrupt()	中断线程
public boolean isInterrupted()	测试线程Thread对象是否中断，但是不会清除中断状态，即再次调用this.isInterrupted()方法，返回true.
public final synchronized void join(long millis); public final void join(); public final synchronized void join(long millis, int nanos);	如果线程A执行了thread.join()语句，则当前线程A等待thread线程终止之后才从thread.join()返回。两个超时方法表示，如果线程thread在给定的超时时间里没有终止，那么将会从超时方法中返回。
public static boolean interrupted()	测试当前线程是否中断，执行后会清除中断状态（中断状态会置为false），即第一次调用返回true，再次调用Thread.interrupted()方法，返回false.
public static native Thread currentThread();	返回对当前正在执行的线程对象的引用。
public static native void sleep(long millis); public static void sleep(long millis, int nanos)	sleep()方法是让当前线程“正在执行的线程”休眠（暂停）指定的毫秒数。
public static native void yield();	让当前线程放弃当前的CPU资源，将CPU让给其他的任务去占用CPU执行时间。由running状态变为ready状态

中断线程方法

方法名称	方法说明
public void interrupt()	中断线程
public boolean isInterrupted()	测试线程Thread对象是否中断，但是不会清除中断状态，即再次调用this.isInterrupted()方法，返回true.
public static boolean interrupted()	测试当前线程是否中断，执行后会清除中断状态（中断状态会置为false），即第一次调用返回true，再次调用Thread.interrupted()方法，返回false.

中断可以理解为线程的一个标识位属性，它表示一个运行中线程是否被其他线程进行了中断操作。其他线程通过调用该线程的interrupt()方法来对它进行中断操作。

1.如果被中断的线程正在调用Object.wait()/Object.wait(long)/Object.wait(long,int)，Thread.join()/Thread.join(long)/Thread.join(long,int)，Thread.sleep(long)/Thread.sleep(long,int)，那么中断状态将会被清除（中断状态置为false），并且抛出InterruptedException异常。

举例说明：

public class InterruptThread{

    public static void main(String[]args){

        try{

            SleepThread sleepThread=new SleepThread();

            BusyThread busyThread=new BusyThread();

            sleepThread.start();

            busyThread.start();

            Thread.sleep(1000);

            sleepThread.interrupt();

            busyThread.interrupt();

            System.out.println("busyThread isInterrupted="+busyThread.isInterrupted());

            System.out.println("busyThread isInterrupted="+busyThread.isInterrupted());

            System.out.println("sleepThread isInterrupted="+sleepThread.isInterrupted());

            System.out.println("sleepThread isInterrupted="+sleepThread.isInterrupted());

            Thread.currentThread().interrupt();

            System.out.println("main interrupted="+Thread.interrupted());

            System.out.println("main interrupted="+Thread.interrupted());

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

    }

    public static class SleepThread extends Thread{

        @Override

        public void run(){

            try {

                Thread.sleep(5000);

            } catch (InterruptedException e) {

                e.printStackTrace();

            }

        }

    }

    public static class BusyThread extends Thread{

        @Override

        public void run(){

            while (true){

            }

        }

    }

}

运行结果：

busyThread isInterrupted=true

busyThread isInterrupted=true

sleepThread isInterrupted=false

sleepThread isInterrupted=false

main interrupted=true

main interrupted=false

java.lang.InterruptedException: sleep interrupted

    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)

    at JavaMultiThreadProgramming.InterruptThread$SleepThread.run(InterruptThread.java:31)

结果分析：

busyThread线程与main线程结果对比验证：

busyThread线程中断之后，调用Thread的对象方法isInterrupted()获取busyThread线程的中断状态为true，再次调用还是为true,说明isInterrupted()方法不会重置中断标志位。

main线程中断之后，调用Thread.interrupted()方法，第一次返回true,第二次返回false，验证第一次调用Thread.interrupted()方法之后会重置该线程的中断标志位，因此第二次调用的时候返回结果为false.

sleepThread线程与busyThread线程结果对比:

busyThread线程一直在运行，中断之后，线程正常中断，而sleepThread线程一直在睡眠，中断之后会抛出InterruptedException异常;

sleepThread线程中断之后调用interrupted()方法，两次都返回false，验证在该线程正在sleep()的时候中断线程，在抛出异常之前会先清除中断标志位，即中断标识置为false。

静态方法

currentThread()方法

currentThread()方法返回代码段正在被哪个线程调用。静态方法。
JDK中实现：

public static native Thread currentThread();

举例说明：

public class Run1 {

    public static void main(String[]args){

        System.out.println(Thread.currentThread().getName());

    }

}

运行结果：

main

结果说明：main()方法被名为main的线程调用。

再次举例说明：

public class Run1 extends Thread{

    public Run1(){

        System.out.println("Run1 printed by "+Thread.currentThread().getName());

    }

    @Override

    public void run(){

        System.out.println("run printed by "+Thread.currentThread().getName());

    }

    public static void main(String[]args){

        System.out.println("main printed by "+Thread.currentThread().getName());

        Run1 run1=new Run1();

        run1.start();

        //run1.run();

    }

}

运行结果：

main printed by main

Run1 printed by main

run printed by Thread-0

结果说明：

Run1的构造方法被main线程调用，run方法被thread-0的线程调用，说明run1.start()方法会新启一个线程。将上述代码中的run1.run()的注释取消，再次执行，得到的结果如下：

main printed by main

Run1 printed by main

run printed by main

run printed by Thread-0

从上面的结果可以看出，直接调用线程的run方法run1.run()，该方法是由main线程来执行的，并没有新启一个线程。

sleep()方法

sleep()方法是让当前线程“正在执行的线程”休眠（暂停）指定的毫秒数。“正在执行的线程”指的是this.currentThread()返回的线程。

JDK实现：

public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;

方法说明：

暂停线程，线程进入到waiting状态，会让出CPU。
不会放弃对象锁。
静态方法，作用在当前线程上。

举例说明：

public class Run3 extends Thread {

    @Override

    public void run(){

        try {

            System.out.println("run threadName="+this.currentThread().getName()+" begin "+System.currentTimeMillis());

            Thread.sleep(2000);

            System.out.println("run threadName="+this.currentThread().getName()+" end "+System.currentTimeMillis());

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

    }

    public static void main(String[]args) throws InterruptedException {

        Run3 run3=new Run3();

        run3.start();

        System.out.println("main "+" begin "+System.currentTimeMillis());

        System.out.println("main "+" end "+System.currentTimeMillis());

    }

}

运行结果：

main  begin 1515381264226
main  end 1515381264226

run threadName=Thread-0 begin 1515381264226
run threadName=Thread-0 end 1515381266219

结果说明：因为main线程与Run3线程是异步执行的，所以main线程可能先执行完，打印了main的begin和end，Run3线程随后执行，打印run begin和run end.

yield()方法

yield()方法让当前线程放弃当前的CPU资源，将CPU让给其他的任务去占用CPU执行时间。由running状态变为ready状态。静态方法。但是放弃的时间不确定，有可能刚刚放弃，马上又获得了CPU时间片。

JDK实现：

public static native void yield();

举例说明：

public class YieldThread extends Thread{

    @Override

    public void run(){

        long begin=System.currentTimeMillis();

        long sum=0;

        for(int i=0;i<50000000;i++){

            //Thread.yield();

            sum+=i;

        }

        long end=System.currentTimeMillis();

        System.out.println("sum =" +sum);

        System.out.println("sum cost time " +(end-begin)+" ms.");

    }

    public static void main(String[]args){

        YieldThread thread=new YieldThread();

        thread.start();

    }

}

运行结果：

sum =1249999975000000
sum cost time 47 ms.

取消掉上述代码注释后运行结果：

sum =1249999975000000
sum cost time 10332 ms

对象方法

isAlive()方法

isAlive()方法是判断当前线程是否处于活动状态。活动状态是线程已经启动且尚未终止。
在JDK中实现如下：

public final native boolean isAlive();

举例说明：

public class Run2 extends Thread {

    @Override

    public void run(){

        System.out.println("run = "+this.isAlive());

    }

    public static void main(String[]args) throws InterruptedException {

        Run2 run2=new Run2();

        System.out.println("begin == "+run2.isAlive());

        run2.start();

        System.out.println("end == "+run2.isAlive());

        Thread.sleep(1000);

        System.out.println("Thread end == "+run2.isAlive());

    }

}

运行结果：

begin == false
end == true

run = true
Thread end == false

上述结果说明：在线程run2没有执行start()方法的时候，线程还未运行，isAlive()=false,在执行start()之后，这里的结果其实是不确定的，end == true说明该线程还没有运行完成，因此isAlive=true,在睡眠1s之后，Thread end == false说明线程已经运行完成，所以isAlive==false.

join()方法

方法名称	方法说明
public final synchronized void join(long millis); public final void join(); public final synchronized void join(long millis, int nanos);	如果线程A执行了thread.join()语句，则当前线程A等待thread线程终止之后才从thread.join()返回。两个超时方法表示，如果线程thread在给定的超时时间里没有终止，那么将会从超时方法中返回

join()方法的实现调用了wait()方法，当线程终止时，会调用线程自身的notifyAll()方法，会通知所有等待在该线程对象上的线程。JDK实现如下：

///此处A timeout of 0 means to wait forever 字面意思是永远等待，其实是等到t结束后。  
public final synchronized void join(long millis)

    throws InterruptedException {

        long base = System.currentTimeMillis();

        long now = 0;

        if (millis < 0) {

            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");

        }

        if (millis == 0) {

            while (isAlive()) {//判断线程是否处于活动状态

                wait(0);//释放锁

            }

        } else {

            while (isAlive()) {

                long delay = millis - now;

                if (delay <= 0) {

                    break;

                }

                wait(delay);

                now = System.currentTimeMillis() - base;

            }

        }

    }

从源码可以看出：如果线程被生成了，但还未被起动，isAlive()将返回false，调用它的join()方法是没有作用的。将直接继续向下执行。

当main线程调用t.join时候，main线程会获得线程对象t的锁（wait 意味着拿到该对象的锁),调用该对象的wait(等待时间)，直到该对象唤醒main线程，比如退出后。这就意味着main 线程调用t.join时，必须能够拿到线程t对象的锁。

举例说明：

public class JoinThread {

    public static void main(String[]args){

        Thread previous=Thread.currentThread();

        for(int i=0;i<10;i++){

            Thread thread=new Thread(new Domino(previous),String.valueOf(i));

            thread.start();

            previous=thread;

        }

    }

     public static class Domino implements Runnable{

         private Thread thread;

         public Domino(Thread thread){

             this.thread=thread;

         }

         @Override

         public void run() {

             try{

                 thread.join();

             } catch (InterruptedException e) {

             }

             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" terminate.");

         }

     }

}

运行结果：

0 terminate.

1 terminate.

2 terminate.

3 terminate.

4 terminate.

5 terminate.

6 terminate.

7 terminate.

8 terminate.

9 terminate.

join(long)方法与sleep(long)方法的区别

两个方法的区别主要是在对同步的处理上。

方法join(long)的功能在内部是使用wait(long)方法来实现的，所以join(long)具有释放对象锁的特点。从源码中可以看出，当执行wait(long)方法后，当前线程的锁被释放，那么其他线程就可以调用此线程的同步方法了。而Thread.sleep(long)方法却不释放锁。

停止线程

在介绍如何安全的停止线程之前，先介绍3个不好的方法，在这里只说明不好的方法的缺点，不详细举例说明。
stop()方法-已作废，强制停止线程

stop()方法在终结一个线程时不会保证线程的资源正常释放，没有给予线程完成资源释放工作的机会，可能会导致程序工作在不确定的状态下。

suspend()方法-已作废，暂停线程
resume()方法-已作废，恢复线程

suspend()/resume()方法在调用后，线程不会释放已经占有的资源（比如锁），而是占着资源进入睡眠状态，这样荣引起死锁问题。还容易出现因为线程的暂停而导致数据不同步的情况。

安全的终止线程

中断法+boolean变量法

通过这两种方式能够使线程咋终止时有机会去清理资源，而不是武断地将线程停止，这两种方式使得线程的终止显得更加安全和优雅。

实例如下：

public class Shutdown {

    public static void main(String[]args) throws InterruptedException {

//中断法

        Runner1 one=new Runner1();

        Thread countThread=new Thread(one,"CountThread");

        countThread.start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

        countThread.interrupt();

////boolean变量法

        Runner2 two=new Runner2();

        countThread=new Thread(two,"CountThread");

        countThread.start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

        two.cancel();

    }

    private static class Runner1 implements Runnable{

        private long i;

        @Override

        public void run() {

            while (!Thread.currentThread().isInterrupted()){

                i++;

            }

            System.out.println("count="+i);

        }

    }

    private static class Runner2 implements Runnable{

        private long i;

        private volatile boolean on=true;

        @Override

        public void run() {

            while (on){

                i++;

            }

            System.out.println("count="+i);

        }

        public void cancel(){

            on=false;

        }

    }

}

运行结果：

count=24098615
count=511335299

从上面的结果看出，run()方法里面，while循环之外，还是会继续运行，打印count还是能够打印出来。
为了解决上述问题，还有一种方式来终止线程。

抛出异常法+return法

public class Shutdown2 {

    public static void main(String[]args) throws InterruptedException {

        Runner1 one=new Runner1();

        Thread countThread=new Thread(one,"CountThread");

        countThread.start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

        countThread.interrupt();

    }

    private static class Runner1 implements Runnable{

        private long i=0;

        @Override

        public void run() {

            try {

                while (!Thread.currentThread().isInterrupted()){

                    System.out.println("i="+(i++));

                }

                if(Thread.currentThread().isInterrupted()){

                    System.out.println("Thread end!!!");

                   // throw new InterruptedException();

                   //return;

                }

                System.out.println("below for");

            } catch (InterruptedException e) {

                System.out.println("in catch");

                e.printStackTrace();

            }

        }

    }

}

运行结果(注释 // throw new InterruptedException();)：

..................

i=174485

i=174486

i=174487

i=174488

i=174489

i=174490

Thread end!!!

below for

运行结果（去掉注释 // throw new InterruptedException()）：


i=168998

i=168999

i=169000

i=169001

Thread end!!!

in catch

java.lang.InterruptedException

    at Thread.Shutdown2$Runner1.run(Shutdown2.java:23)

    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

Process finished with exit code 0

结果分析：用抛出异常的方式，没有打印出"below for".

return法

上述代码，注释掉// throw new InterruptedException();取消注释return;

运行结果：

i=164759

i=164760

i=164761

i=164762

Thread end!!!

结果分析：同样没有"below for".

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资源较多，也就是CPU优先执行优先级较高的线程对象中的任务。设置线程优先级有助于帮“线程规划器”确定下一次选择哪个线程来优先执行。

设置线程的优先级使用setPriority(int)方法,默认优先级是5.在Java中，线程的优先级分为1~10这10个等级，如果小于1或者大于10，则JDK抛出异常throw new IllegalArgumentException()。设置优先级时，针对频繁阻塞（休眠或者I/O操作）的线程需要设置较高优先级，而偏重计算（需要较多CPU时间或者偏运算）的线程则设置较低的优先级，确保处理器不会被独占。在不同的JVM以及操作系统上，线程规划会存在差异，有些操作系统甚至会忽略对线程优先级的设定。

JDK中使用3个常量来预置定义优先级的值。如下：

      /**

     * The minimum priority that a thread can have.

     */

    public final static int MIN_PRIORITY = 1;

   /**

     * The default priority that is assigned to a thread.

     */

    public final static int NORM_PRIORITY = 5;

    /**

     * The maximum priority that a thread can have.

     */

    public final static int MAX_PRIORITY = 10;

线程优先级的特性：

继承性
在Java中，线程的优先级具有继承性，比如A线程启动B线程，则B线程的优先级与A是一样的。
规则性
线程的优先级具有一定的规则性，也就是CPU尽量将执行资源让给优先级比较高的线程。
随机性
线程的优先级具有随机性，也就是优先级较高的线程不一定每次都先执行完。当有大量优先级高的线程和大量优先级低的线程一起执行的时候，呈现出来的是大多数的优先级高的线程先执行完，但是不是每一个高优先级的线程都比低优先级的线程先执行完。

守护线程（Daemon线程）

在Java线程中有两种线程，一种是用户线程，一种是守护线程。

Daemon线程是一种支持性线程，因为他主要被用作程序中后台调度以及支持性工作。这意味着，当一个Java虚拟机中不存在非Daemon线程的时候，Java虚拟机将会退出。可以通过调用Thread.setDaemon（true）将线程设置为Daemon线程。Daemon属性需要在启动线程之前设置，不能在启动之后设置。

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，自动销毁。Daemon线程的作用是为其他线程的运行提供便利服务。

Daemon线程被用作完成支持性工作，但是在Java虚拟机退出时Daemon线程中的finally块并不一定会执行，实例如下：

public class DaemonThread extends Thread{

    public void run(){

        try {

            Thread.sleep(10);

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }finally {

            System.out.println("DaemonThread finally run.");

        }

    }

    public static void main(String[]args){

        DaemonThread thread=new DaemonThread();

        thread.setName("DaemonThread");

        thread.setDaemon(true);

        thread.start();

    }

}

运行结果：无
结果说明：
运行上述程序，可以看到在中断或者命令提示符上没有任何输出。main线程（非Daemon线程）在启动了DaemonThread之后随着main方法执行完毕而终止，而此时Java虚拟机中已经没有非Daemon线程，虚拟机需要退出。Java虚拟机中的所有Daemon线程都需要立即终止，因此DaemonThread立即终止，但是DaemonThread中的finally块并没有执行。在构建Daemon线程时，不能依靠finally块中的内容来确保执行关闭或清理资源的逻辑。

线程的状态（线程的生命周期）

状态名称	说明
NEW	初始状态，线程被构建，但是还没有调用start()方法
RUNNABLE	运行状态，Java线程将操作系统中的就绪和运行两种状态笼统地称为“运行中”
BLOCKED	阻塞状态，表示线程阻塞于锁
WAITING	等待状态，标识线程进入等待状态，进入该状态标识当前线程需要等待其他线程做出一些特定动作（通知或中断）
TIME_WAITING	超时等待状态，该状态不同于WAITING，它可以在指定的时间自行返回的
TERMINATED	终止状态，标识当前线程已经执行完毕

Java线程在运行的生命周期中有6种状态，在给定一个时刻，线程只能处于其中的一个状态。

状态名称	说明
NEW	初始状态，线程被构建，但是还没有调用start()方法
RUNNABLE	运行状态，Java线程将操作系统中的就绪和运行两种状态笼统地称为“运行中”
BLOCKED	阻塞状态，表示线程阻塞于锁
WAITING	等待状态，标识线程进入等待状态，进入该状态标识当前线程需要等待其他线程做出一些特定动作（通知或中断）
TIME_WAITING	超时等待状态，该状态不同于WAITING，它可以在指定的时间自行返回的
TERMINATED	终止状态，标识当前线程已经执行完毕

在Java中线程的状态分为6种

初始状态：new
创建一个Thread对象，但还未调用start()启动线程时，线程处于初始态。
运行态：runnable
在java中，运行态包含就绪态和运行态。
- 就绪态
  - 该状态下的线程已经获得执行所需的所有资源，只要CPU分配执行权就可以运行。
  - 所有就绪状态的线程存放在就绪队列中。
- 运行态
  - 获得CPU执行权，正在执行的线程。
  - 由于一个CPU同一时刻只能执行一条线程，因此每个CPU每个时刻只有一条运行态的线程。
阻塞态：blocked
- 当一条正在执行的线程请求你某一资源失败时，就会进入阻塞态。
- 在Java中，阻塞态专指请求锁失败时进入的状态。（进入synchronized关键字修饰的方法或代码块时，获取锁失败）
- 由一个阻塞队列存放所有阻塞态的线程。
- 处于阻塞态的线程会不断请求资源，一旦请求成功，就会进入就绪队列，等待执行。
等待态：waiting
- 当前线程调用wait/join/park函数时，当前线程就会进入等待态。
- 也有一个等待队列存放所有等待态的线程。
- 线程处于等待态标识它需要等待其他线程的指示才能继续运行。
- 进入等待态的线程会释放CPU执行权，并释放资源（如锁）。
超时等待态：timed_waiting
- 当运行中的线程调用sleep(time)/wait/join/parkNanos/parkUntil时，就会进入该状态。
- 它和等待态一样，并不是因为请求不到资源，而是主动进入，并且进入后需要其他线程唤醒。
- 进入该状态后会释放CPU执行权和占有的资源。
- 与等待态的区别：到了超时时间后自动进入阻塞队列，开始竞争锁。
终止态：terminated
- 线程执行结束后的状态。

阻塞在java.concurrent包中的Lock接口的线程是等待状态，因为java.concurrent包中的Lock接口对于阻塞的实现均使用了LockSupport类中的相关方法。

Java线程各状态之间的转换如下图所示：

Image.png

参考：
Java多线程编程核心技术
Java并发编程的的艺术

该文是我的读书笔记，对知识进行总结，帮助自己以后回顾。

多线程系列（一）--线程基础

线程的定义

实现多线程的方式

继承Thread类

实现Runnable接口

Thread常用方法介绍

中断线程方法

interrupt()方法

静态方法

currentThread()方法

sleep()方法

yield()方法

对象方法

isAlive()方法

join()方法

join(long)方法与sleep(long)方法的区别

停止线程

安全的终止线程

中断法+boolean变量法

抛出异常法+return法

return法

线程优先级

守护线程（Daemon线程）

线程的状态（线程的生命周期）

猜你喜欢

热点阅读