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Java 多線程實例講解（一）

 更新時間：2016年09月05日 16:06:47   作者：Corn  
本文主要介紹Java 多線程的知識，這里整理了詳細的資料及簡單示例代碼有需要的小伙伴可以參考下

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一下的。

一.線程的生命周期及五種基本狀態(tài)

關于Java中線程的生命周期，首先看一下下面這張較為經典的圖：

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）：當線程對象對創(chuàng)建后，即進入了新建狀態(tài)，如：Thread t = new MyThread();

就緒狀態(tài)（Runnable）：當調用線程對象的start()方法（t.start();），線程即進入就緒狀態(tài)。處于就緒狀態(tài)的線程，只是說明此線程已經做好了準備，隨時等待CPU調度執(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CPU開始調度處于就緒狀態(tài)的線程時，此時線程才得以真正執(zhí)行，即進入到運行狀態(tài)。注：就     緒狀態(tài)是進入到運行狀態(tài)的唯一入口，也就是說，線程要想進入運行狀態(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，停止執(zhí)行，此時進入阻塞狀態(tài)，直到其進入到就緒狀態(tài)，才 有機會再次被CPU調用以進入到運行狀態(tài)。根據阻塞產生的原因不同，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)，它會進入同步阻塞狀態(tài)；

3.其他阻塞 -- 通過調用線程的sleep()或join()或發(fā)出了I/O請求時，線程會進入到阻塞狀態(tài)。當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 此線程進入新建狀態(tài)
  Thread myThread2 = new MyThread(); // 創(chuàng)建一個新的線程 myThread2 此線程進入新建狀態(tài)
  myThread1.start();   // 調用start()方法使得線程進入就緒狀態(tài)
  myThread2.start();   // 調用start()方法使得線程進入就緒狀態(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，稱之為線程執(zhí)行體。當創(chuàng)建此線程類對象時一個新的線程得以創(chuàng)建，并進入到線程新建狀態(tài)。通過調用線程對象引用的start()方法，使得該線程進入到就緒狀態(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(); // 調用start()方法使得線程進入就緒狀態(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)轉換為運行狀態(tài)：當此線程得到處理器資源；

運行狀態(tài)轉換為就緒狀態(tài)：當此線程主動調用yield()方法或在運行過程中失去處理器資源。

運行狀態(tài)轉換為死亡狀態(tài)：當此線程線程執(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：當調用線程的yield()方法時，線程從運行狀態(tài)轉換為就緒狀態(tài)，但接下來CPU調度就緒狀態(tài)中的哪個線程具有一定的隨機性，因此，可能會出現(xiàn)A線程調用了yield()方法后，接下來CPU仍然調度了A線程的情況。

由于實際的業(yè)務需要，常常會遇到需要在特定時機終止某一線程的運行，使其進入到死亡狀態(tài)。目前最通用的做法是設置一boolean型的變量，當條件滿足時，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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