Java 多線程實例講解（一）
Java多線程（一）
多線程作為Java中很重要的一個知識點，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點。掌握了上圖中的各知識點，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)線程對象對創(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，只是說明此線程已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，隨時等待CPU調(diào)度執(zhí)行，并不是說執(zhí)行了t.start()此線程立即就會執(zhí)行；
運行狀態(tài)（Running）：當(dāng)CPU開始調(diào)度處于就緒狀態(tài)的線程時，此時線程才得以真正執(zhí)行，即進(jìn)入到運行狀態(tài)。注：就 緒狀態(tài)是進(jìn)入到運行狀態(tài)的唯一入口，也就是說，線程要想進(jìn)入運行狀態(tài)執(zhí)行，首先必須處于就緒狀態(tài)中；
阻塞狀態(tài)（Blocked）：處于運行狀態(tài)中的線程由于某種原因，暫時放棄對CPU的使用權(quán)，停止執(zhí)行，此時進(jìn)入阻塞狀態(tài)，直到其進(jìn)入到就緒狀態(tài)，才 有機會再次被CPU調(diào)用以進(jìn)入到運行狀態(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(因為鎖被其它線程所占用)，它會進(jìn)入同步阻塞狀態(tài)；
3.其他阻塞 -- 通過調(diào)用線程的sleep()或join()或發(fā)出了I/O請求時，線程會進(jìn)入到阻塞狀態(tài)。當(dāng)sleep()狀態(tài)超時、join()等待線程終止或者超時、或者I/O處理完畢時，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
Java中線程的創(chuàng)建常見有如三種基本形式
1.繼承Thread類，重寫該類的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，通過重寫run()方法定義了一個新的線程類MyThread，其中run()方法的方法體代表了線程需要完成的任務(wù)，稱之為線程執(zhí)行體。當(dāng)創(chuàng)建此線程類對象時一個新的線程得以創(chuàng)建，并進(jìn)入到線程新建狀態(tài)。通過調(diào)用線程對象引用的start()方法，使得該線程進(jìn)入到就緒狀態(tài)，此時此線程并不一定會馬上得以執(zhí)行，這取決于CPU調(diào)度時機。
2.實現(xiàn)Runnable接口，并重寫該接口的run()方法，該run()方法同樣是線程執(zhí)行體，創(chuàng)建Runnable實現(xiàn)類的實例，并以此實例作為Thread類的target來創(chuàng)建Thread對象，該Thread對象才是真正的線程對象。
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Runnable實現(xiàn)類的對象
Thread thread1 = new Thread(myRunnable); // 將myRunnable作為Thread 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？我們首先來看一下下面這個例子。
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)建出一個新的線程么？答案是肯定的。至于此時的線程執(zhí)行體到底是MyRunnable接口中的run()方法還是MyThread類中的run()方法呢？通過輸出我們知道線程執(zhí)行體是MyThread類中的run()方法。其實原因很簡單，因為Thread類本身也是實現(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類中對Runnable接口中run()方法的實現(xiàn)：
@Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}
也就是說，當(dāng)執(zhí)行到Thread類中的run()方法時，會首先判斷target是否存在，存在則執(zhí)行target中的run()方法，也就是實現(xiàn)了Runnable接口并重寫了run()方法的類中的run()方法。但是上述給到的列子中，由于多態(tài)的存在，根本就沒有執(zhí)行到Thread類中的run()方法，而是直接先執(zhí)行了運行時類型即MyThread類中的run()方法。
3.使用Callable和Future接口創(chuàng)建線程。具體是創(chuàng)建Callable接口的實現(xiàn)類，并實現(xiàn)clall()方法。并使用FutureTask類來包裝Callable實現(xiàn)類的對象，且以此FutureTask對象作為Thread對象的target來創(chuàng)建線程。
看著好像有點復(fù)雜，直接來看一個例子就清晰了。
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
Callable<Integer> myCallable = new MyCallable(); // 創(chuàng)建MyCallable對象
FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<Integer>(myCallable); //使用FutureTask來包裝MyCallable對象
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
if (i == 30) {
Thread thread = new Thread(ft); //FutureTask對象作為Thread對象的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)，在實現(xiàn)Callable接口中，此時不再是run()方法了，而是call()方法，此call()方法作為線程執(zhí)行體，同時還具有返回值！在創(chuàng)建新的線程時，是通過FutureTask來包裝MyCallable對象，同時作為了Thread對象的target。那么看下FutureTask類的定義：
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類實際上是同時實現(xiàn)了Runnable和Future接口，由此才使得其具有Future和Runnable雙重特性。通過Runnable特性，可以作為Thread對象的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)度機制，我們知道，“主線程for循環(huán)執(zhí)行完畢..”的輸出時機是沒有任何問題的，那么為什么sum =4950會永遠(yuǎn)最后輸出呢？
原因在于通過ft.get()方法獲取子線程call()方法的返回值時，當(dāng)子線程此方法還未執(zhí)行完畢，ft.get()方法會一直阻塞，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的線程創(chuàng)建方式，對于線程的啟動而言，都是調(diào)用線程對象的start()方法，需要特別注意的是：不能對同一線程對象兩次調(diào)用start()方法。
三. Java多線程的就緒、運行和死亡狀態(tài)
就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)換為運行狀態(tài)：當(dāng)此線程得到處理器資源；
運行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為就緒狀態(tài)：當(dāng)此線程主動調(diào)用yield()方法或在運行過程中失去處理器資源。
運行狀態(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，線程從運行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為就緒狀態(tài)，但接下來CPU調(diào)度就緒狀態(tài)中的哪個線程具有一定的隨機性，因此，可能會出現(xiàn)A線程調(diào)用了yield()方法后，接下來CPU仍然調(diào)度了A線程的情況。
由于實際的業(yè)務(wù)需要，常常會遇到需要在特定時機終止某一線程的運行，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，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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