Java 多線程實(shí)例講解(一)
Java多線程(一)
多線程作為Java中很重要的一個(gè)知識(shí)點(diǎn),在此還是有必要總結(jié)一下的。
一.線程的生命周期及五種基本狀態(tài)
關(guān)于Java中線程的生命周期,首先看一下下面這張較為經(jīng)典的圖:
上圖中基本上囊括了Java中多線程各重要知識(shí)點(diǎn)。掌握了上圖中的各知識(shí)點(diǎn),Java中的多線程也就基本上掌握了。主要包括:
Java線程具有五中基本狀態(tài)
新建狀態(tài)(New):當(dāng)線程對(duì)象對(duì)創(chuàng)建后,即進(jìn)入了新建狀態(tài),如:Thread t = new MyThread();
就緒狀態(tài)(Runnable):當(dāng)調(diào)用線程對(duì)象的start()方法(t.start();),線程即進(jìn)入就緒狀態(tài)。處于就緒狀態(tài)的線程,只是說(shuō)明此線程已經(jīng)做好了準(zhǔn)備,隨時(shí)等待CPU調(diào)度執(zhí)行,并不是說(shuō)執(zhí)行了t.start()此線程立即就會(huì)執(zhí)行;
運(yùn)行狀態(tài)(Running):當(dāng)CPU開(kāi)始調(diào)度處于就緒狀態(tài)的線程時(shí),此時(shí)線程才得以真正執(zhí)行,即進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)。注:就 緒狀態(tài)是進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)的唯一入口,也就是說(shuō),線程要想進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)執(zhí)行,首先必須處于就緒狀態(tài)中;
阻塞狀態(tài)(Blocked):處于運(yùn)行狀態(tài)中的線程由于某種原因,暫時(shí)放棄對(duì)CPU的使用權(quán),停止執(zhí)行,此時(shí)進(jìn)入阻塞狀態(tài),直到其進(jìn)入到就緒狀態(tài),才 有機(jī)會(huì)再次被CPU調(diào)用以進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)阻塞產(chǎn)生的原因不同,阻塞狀態(tài)又可以分為三種:
1.等待阻塞:運(yùn)行狀態(tài)中的線程執(zhí)行wait()方法,使本線程進(jìn)入到等待阻塞狀態(tài);
2.同步阻塞 -- 線程在獲取synchronized同步鎖失敗(因?yàn)殒i被其它線程所占用),它會(huì)進(jìn)入同步阻塞狀態(tài);
3.其他阻塞 -- 通過(guò)調(diào)用線程的sleep()或join()或發(fā)出了I/O請(qǐng)求時(shí),線程會(huì)進(jìn)入到阻塞狀態(tài)。當(dāng)sleep()狀態(tài)超時(shí)、join()等待線程終止或者超時(shí)、或者I/O處理完畢時(shí),線程重新轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)。
死亡狀態(tài)(Dead):線程執(zhí)行完了或者因異常退出了run()方法,該線程結(jié)束生命周期。
二. Java多線程的創(chuàng)建及啟動(dòng)
Java中線程的創(chuàng)建常見(jiàn)有如三種基本形式
1.繼承Thread類(lèi),重寫(xiě)該類(lèi)的run()方法。
class MyThread extends Thread { private int i = 0; @Override public void run() { for (i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); } } }
public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); if (i == 30) { Thread myThread1 = new MyThread(); // 創(chuàng)建一個(gè)新的線程 myThread1 此線程進(jìn)入新建狀態(tài) Thread myThread2 = new MyThread(); // 創(chuàng)建一個(gè)新的線程 myThread2 此線程進(jìn)入新建狀態(tài) myThread1.start(); // 調(diào)用start()方法使得線程進(jìn)入就緒狀態(tài) myThread2.start(); // 調(diào)用start()方法使得線程進(jìn)入就緒狀態(tài) } } } }
如上所示,繼承Thread類(lèi),通過(guò)重寫(xiě)run()方法定義了一個(gè)新的線程類(lèi)MyThread,其中run()方法的方法體代表了線程需要完成的任務(wù),稱(chēng)之為線程執(zhí)行體。當(dāng)創(chuàng)建此線程類(lèi)對(duì)象時(shí)一個(gè)新的線程得以創(chuàng)建,并進(jìn)入到線程新建狀態(tài)。通過(guò)調(diào)用線程對(duì)象引用的start()方法,使得該線程進(jìn)入到就緒狀態(tài),此時(shí)此線程并不一定會(huì)馬上得以執(zhí)行,這取決于CPU調(diào)度時(shí)機(jī)。
2.實(shí)現(xiàn)Runnable接口,并重寫(xiě)該接口的run()方法,該run()方法同樣是線程執(zhí)行體,創(chuàng)建Runnable實(shí)現(xiàn)類(lèi)的實(shí)例,并以此實(shí)例作為T(mén)hread類(lèi)的target來(lái)創(chuàng)建Thread對(duì)象,該Thread對(duì)象才是真正的線程對(duì)象。
class MyRunnable implements Runnable { private int i = 0; @Override public void run() { for (i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); } } }
public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); if (i == 30) { Runnable myRunnable = new MyRunnable(); // 創(chuàng)建一個(gè)Runnable實(shí)現(xiàn)類(lèi)的對(duì)象 Thread thread1 = new Thread(myRunnable); // 將myRunnable作為T(mén)hread target創(chuàng)建新的線程 Thread thread2 = new Thread(myRunnable); thread1.start(); // 調(diào)用start()方法使得線程進(jìn)入就緒狀態(tài) thread2.start(); } } } }
相信以上兩種創(chuàng)建新線程的方式大家都很熟悉了,那么Thread和Runnable之間到底是什么關(guān)系呢?我們首先來(lái)看一下下面這個(gè)例子。
public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); if (i == 30) { Runnable myRunnable = new MyRunnable(); Thread thread = new MyThread(myRunnable); thread.start(); } } } } class MyRunnable implements Runnable { private int i = 0; @Override public void run() { System.out.println("in MyRunnable run"); for (i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); } } } class MyThread extends Thread { private int i = 0; public MyThread(Runnable runnable){ super(runnable); } @Override public void run() { System.out.println("in MyThread run"); for (i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); } } }
同樣的,與實(shí)現(xiàn)Runnable接口創(chuàng)建線程方式相似,不同的地方在于
1 Thread thread = new MyThread(myRunnable);
那么這種方式可以順利創(chuàng)建出一個(gè)新的線程么?答案是肯定的。至于此時(shí)的線程執(zhí)行體到底是MyRunnable接口中的run()方法還是MyThread類(lèi)中的run()方法呢?通過(guò)輸出我們知道線程執(zhí)行體是MyThread類(lèi)中的run()方法。其實(shí)原因很簡(jiǎn)單,因?yàn)門(mén)hread類(lèi)本身也是實(shí)現(xiàn)了Runnable接口,而run()方法最先是在Runnable接口中定義的方法。
public interface Runnable { public abstract void run(); }
我們看一下Thread類(lèi)中對(duì)Runnable接口中run()方法的實(shí)現(xiàn):
@Override public void run() { if (target != null) { target.run(); } }
也就是說(shuō),當(dāng)執(zhí)行到Thread類(lèi)中的run()方法時(shí),會(huì)首先判斷target是否存在,存在則執(zhí)行target中的run()方法,也就是實(shí)現(xiàn)了Runnable接口并重寫(xiě)了run()方法的類(lèi)中的run()方法。但是上述給到的列子中,由于多態(tài)的存在,根本就沒(méi)有執(zhí)行到Thread類(lèi)中的run()方法,而是直接先執(zhí)行了運(yùn)行時(shí)類(lèi)型即MyThread類(lèi)中的run()方法。
3.使用Callable和Future接口創(chuàng)建線程。具體是創(chuàng)建Callable接口的實(shí)現(xiàn)類(lèi),并實(shí)現(xiàn)clall()方法。并使用FutureTask類(lèi)來(lái)包裝Callable實(shí)現(xiàn)類(lèi)的對(duì)象,且以此FutureTask對(duì)象作為T(mén)hread對(duì)象的target來(lái)創(chuàng)建線程。
看著好像有點(diǎn)復(fù)雜,直接來(lái)看一個(gè)例子就清晰了。
public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { Callable<Integer> myCallable = new MyCallable(); // 創(chuàng)建MyCallable對(duì)象 FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<Integer>(myCallable); //使用FutureTask來(lái)包裝MyCallable對(duì)象 for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); if (i == 30) { Thread thread = new Thread(ft); //FutureTask對(duì)象作為T(mén)hread對(duì)象的target創(chuàng)建新的線程 thread.start(); //線程進(jìn)入到就緒狀態(tài) } } System.out.println("主線程for循環(huán)執(zhí)行完畢.."); try { int sum = ft.get(); //取得新創(chuàng)建的新線程中的call()方法返回的結(jié)果 System.out.println("sum = " + sum); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (ExecutionException e) { e.printStackTrace(); } } } class MyCallable implements Callable<Integer> { private int i = 0; // 與run()方法不同的是,call()方法具有返回值 @Override public Integer call() { int sum = 0; for (; i < 100; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); sum += i; } return sum; } }
首先,我們發(fā)現(xiàn),在實(shí)現(xiàn)Callable接口中,此時(shí)不再是run()方法了,而是call()方法,此call()方法作為線程執(zhí)行體,同時(shí)還具有返回值!在創(chuàng)建新的線程時(shí),是通過(guò)FutureTask來(lái)包裝MyCallable對(duì)象,同時(shí)作為了Thread對(duì)象的target。那么看下FutureTask類(lèi)的定義:
public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> { //.... }
public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> { void run(); }
于是,我們發(fā)現(xiàn)FutureTask類(lèi)實(shí)際上是同時(shí)實(shí)現(xiàn)了Runnable和Future接口,由此才使得其具有Future和Runnable雙重特性。通過(guò)Runnable特性,可以作為T(mén)hread對(duì)象的target,而Future特性,使得其可以取得新創(chuàng)建線程中的call()方法的返回值。
執(zhí)行下此程序,我們發(fā)現(xiàn)sum = 4950永遠(yuǎn)都是最后輸出的。而“主線程for循環(huán)執(zhí)行完畢..”則很可能是在子線程循環(huán)中間輸出。由CPU的線程調(diào)度機(jī)制,我們知道,“主線程for循環(huán)執(zhí)行完畢..”的輸出時(shí)機(jī)是沒(méi)有任何問(wèn)題的,那么為什么sum =4950會(huì)永遠(yuǎn)最后輸出呢?
原因在于通過(guò)ft.get()方法獲取子線程call()方法的返回值時(shí),當(dāng)子線程此方法還未執(zhí)行完畢,ft.get()方法會(huì)一直阻塞,直到call()方法執(zhí)行完畢才能取到返回值。
上述主要講解了三種常見(jiàn)的線程創(chuàng)建方式,對(duì)于線程的啟動(dòng)而言,都是調(diào)用線程對(duì)象的start()方法,需要特別注意的是:不能對(duì)同一線程對(duì)象兩次調(diào)用start()方法。
三. Java多線程的就緒、運(yùn)行和死亡狀態(tài)
就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)換為運(yùn)行狀態(tài):當(dāng)此線程得到處理器資源;
運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為就緒狀態(tài):當(dāng)此線程主動(dòng)調(diào)用yield()方法或在運(yùn)行過(guò)程中失去處理器資源。
運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為死亡狀態(tài):當(dāng)此線程線程執(zhí)行體執(zhí)行完畢或發(fā)生了異常。
此處需要特別注意的是:當(dāng)調(diào)用線程的yield()方法時(shí),線程從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為就緒狀態(tài),但接下來(lái)CPU調(diào)度就緒狀態(tài)中的哪個(gè)線程具有一定的隨機(jī)性,因此,可能會(huì)出現(xiàn)A線程調(diào)用了yield()方法后,接下來(lái)CPU仍然調(diào)度了A線程的情況。
由于實(shí)際的業(yè)務(wù)需要,常常會(huì)遇到需要在特定時(shí)機(jī)終止某一線程的運(yùn)行,使其進(jìn)入到死亡狀態(tài)。目前最通用的做法是設(shè)置一boolean型的變量,當(dāng)條件滿足時(shí),使線程執(zhí)行體快速執(zhí)行完畢。如:
public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { MyRunnable myRunnable = new MyRunnable(); Thread thread = new Thread(myRunnable); for (int i = 0; i < 100; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); if (i == 30) { thread.start(); } if(i == 40){ myRunnable.stopThread(); } } } } class MyRunnable implements Runnable { private boolean stop; @Override public void run() { for (int i = 0; i < 100 && !stop; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); } } public void stopThread() { this.stop = true; } }
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