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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