Java多线程技术研究（一）-多线程的创建及常见名词

超、凢脫俗 2022-06-15 09:24 201阅读 0赞

基础做起，首先围绕Java多线程进行研究，利用博客总结自己学习的内容。  
**1、线程基本概念**  
**进程：**指内存中运行的应用程序，进程在执行过程中拥有独立的内存单元。当我们启动一个应用程序时，就会生成一个新的进程。进程是资源分配的最小单位。  
**线程：**指进程中的一个执行流程，一个进程中可以包含多个线程。线程是CPU调度的最小单位。引进线程的主要目的就是为了提高资源的合理利用率。线程之间切换比进程之间切换节约系统开销。  
**多进程：**操作系统能并行式运行多个应用程序，比如你可以同时打开word软件和Excel软件。  
**多线程：**一个应用程序中存在多个顺序流同时运行，比如QQ软件能够同时视频聊天，打字。  
**2、多线程的实现方式及区别**  
**（1）继承式（Thread）**  
继承Thread类，重写类Thread中的run()方法，示例如下：

package wygu.multiThread.study;
    
    /** * @author guweiyu * */
    public class MultiThreadExtends extends Thread{ 
        String threadName = "";
    
        public MultiThreadExtends(String threadName){
            this.threadName = threadName;
        }
    
        @Override
        public void run(){
            for(int i=0;i<5;i++){
                System.out.println(threadName+":"+i);
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    
        public static void main(String []argv){
            MultiThreadExtends threadA = new MultiThreadExtends("A");
            MultiThreadExtends threadB = new MultiThreadExtends("B");
            threadA.start();
            threadB.start();
        }
    
    }

第一次运行结果如下：  
A:0  
A:1  
B:0  
B:1  
A:2  
B:2  
A:3  
B:3  
A:4  
B:4  
第二次运行结果如下：  
A:0  
A:1  
A:2  
B:0  
B:1  
B:2  
B:3  
B:4  
A:3  
A:4  
如上所示，继承Thread类，通过重写run()方法定义了一个新的线程类MultiThreadExtends，通过线程对象调用start()方法，使得该线程处于就绪状态，执行run()方法。注意此时线程并不一定能够立刻执行，这取决于CPU的调度。

**（2）实现接口式（Runnable）**  
实现接口Runnable，重写该接口的run()方法，示例代码如下：

package wygu.multiThread.study;
    
    /** * @author guweiyu * */
    public class MultiThreadImplem implements Runnable{ 
    
        String threadName = "";
    
        public MultiThreadImplem(String threadName){
            this.threadName = threadName;
        }
    
        @Override
        public void run(){
            for(int i=0;i<5;i++){
                System.out.println(threadName+":"+i);
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            Thread threadC = new Thread(new MultiThreadImplem("C"));
            Thread threadD = new Thread(new MultiThreadImplem("D"));
            threadC.start();
            threadD.start();
    
        }
    }

第一次运行结果：  
C:0  
D:0  
D:1  
C:1  
C:2  
D:2  
C:3  
D:3  
D:4  
C:4  
第二次运行结果：  
C:0  
C:1  
C:2  
C:3  
D:0  
D:1  
C:4  
D:2  
D:3  
D:4  
如上所示，实现接口Runnable，通过重写run()方法定义了一个新的Runnable类MultiThreadImplem，线程对象调用start()方法，使得该线程处于可运行的状态。我们发现上述两种方式都能够实现多线程的并发执行，其实实际上类Thread类本身也是实现了Runnable接口，run()方法最先是在Runnable接口中定义的方法。

**（3）实现接口式（Callable）**  
实现接口Callable，重写该接口call()方法

package wygu.multiThread.study;
    
    import java.util.concurrent.Callable;
    import java.util.concurrent.ExecutionException;
    import java.util.concurrent.FutureTask;
    
    public class MultiThreadCallable implements Callable<String>{
    
        private String threadName;
    
        public MultiThreadCallable(String threadName) {
            this.threadName = threadName;
        }
    
        @Override
        public String call() throws Exception {
            for(int i=0;i<5;i++){
                System.out.println(threadName+":"+i);
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            return threadName;
        }
    
        public static void main(String []argv){
            MultiThreadCallable mCallableE = new MultiThreadCallable("E");
            MultiThreadCallable mCallableF = new MultiThreadCallable("F");
            FutureTask<String> futureTaskE = new FutureTask<String>(mCallableE);
            FutureTask<String> futureTaskF = new FutureTask<String>(mCallableF);
            new Thread(futureTaskE,"带返回值的线程E").start();
            new Thread(futureTaskF,"带返回值的线程F").start();
            try {
                System.out.println("线程E返回值为："+futureTaskE.get());
                System.out.println("线程F返回值为："+futureTaskF.get());
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            } catch (ExecutionException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    }

第一次运行结果：  
E:0  
F:0  
F:1  
F:2  
E:1  
F:3  
E:2  
F:4  
E:3  
E:4  
线程E返回值为：E  
线程F返回值为：F  
第二次运行结果：  
F:0  
E:0  
F:1  
E:1  
F:2  
E:2  
F:3  
E:3  
E:4  
F:4  
线程E返回值为：E  
线程F返回值为：F

如上所述，实现接口Callable，通过重写call()方法定义了一个新的Callable类MultiThreadCallable，相对于Runnable，Callable可以带返回值。关于Callable深层次的研究放在后面的博客中。

**（4）实现接口Runnable或Callable和继承Thread的区别**  
1）：适合多个功能相同的线程去处理同一个资源；  
2）：避免java中的单继承的限制，可以利用接口实现多继承特性；  
3）：增加程序的健壮性，代码可以被多个线程共享，代码和数据独立。  
下面举例说明利用接口Runnable实现资源的共享功能：

package wygu.multiThread.study;
    
    public class MultiThreadShare implements Runnable{ 
    
        private volatile int breakFast=10;
    
        @Override
        public void run() {
            for(int i=0;breakFast>0;i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---->"+breakFast--);
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
    
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            MultiThreadShare mThreadShare = new MultiThreadShare();
            Thread threadG = new Thread(mThreadShare, "KFC窗口1");
            Thread threadH = new Thread(mThreadShare, "KFC窗口2");
            Thread threadI = new Thread(mThreadShare, "KFC窗口3");
            threadG.start();
            threadH.start();
            threadI.start();
        }
    
    }

运行结果：  
KFC窗口1—->10  
KFC窗口3—->9  
KFC窗口1—->8  
KFC窗口3—->7  
KFC窗口1—->6  
KFC窗口3—->5  
KFC窗口2—->4  
KFC窗口2—->3  
KFC窗口2—->2  
KFC窗口1—->1  
通过上述实例可以发现利用Runnable实现不同线程之间的资源共享。

**3、线程的生命周期及状态间的转换**  
图片来源：[http://www.cnblogs.com/lwbqqyumidi/p/3804883.html][http_www.cnblogs.com_lwbqqyumidi_p_3804883.html]  
![这里写图片描述][SouthEast]  
Java线程的生命周期状态大致可以分为以下5中状态：  
**1）创建状态（New）：**通过New关键字创建了Thread类（或其子类）的实例。  
**2）就绪状态（Runnable）：**线程除了CPU资源外，其它资源都已准备充分，正等待CPU的调度  
 Thread类的实例调用start()方法，等待时间片轮转（CPU资源调度），以便获得CPU资源；  
 线程在处于Running状态时，但是时间片使用完后，回到Runnable状态；  
 处于Blocked状态的线程结束了当前的Blocked状态之后重新回到Runnable状态。  
**3）运行状态（Running）：**线程获得CPU的资源，正在执行run()，Running状态是所有线程 都希望获得的状态。注意，就绪状态是进入到运行状态的唯一入口。  
**4）阻塞状态（Blocked）：**处于Running状态线程，由于某种原因，比如运行时执行到wait()，获取synchronized同步锁失败，发出I/O请求。  
**5）死亡状态（Dead）：**处于Running状态的线程执行完run()方法，或者出现异常，线程就处在Dead状态，即该线程的生命周期执行结束。  
 Thread类的实例调用start()方法，等待时间片轮转（CPU资源调度），以便获得CPU资源；

**4、线程的常见几种方法比较**  
** Thread.sleep(long millis)：**  
正在运行的线程调用该方法，该线程进入阻塞，释放CPU资源，但不释放对象锁，millis后线程自动苏醒进入Runnable状态。  
** Thread.yield()：**  
正在运行的线程调用该方法，该线程释放CPU资源，重新由Running状态转变为Runnable状。其主要作用实现让相同优先级的线程轮流执行，但并不保证一定会轮流执行。但在实际中无法保证yield()达到让步目的，因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。  
**wait()：**  
wait()方法是Object类里的方法，当一个线程执行到wait()方法时，它就进入到一个和该对象相关的等待池中，同时失去（释放）了对象的机锁（暂时失去机锁，wait(long timeout)超时时间到后还需要返还对象锁）；wait()使用notify或者notifyAlll或者指定睡眠时间来唤醒当前等待池中的线程。  
** thread.join()/thread.join(long millis)：**  
join()方法实现是通过wait()方法进行线程控制的。 当main线程调用thread.join时候，main线程会获得线程实例thread的锁，调用该对象的wait(long millis)，直到该对象唤醒main线程，比如退出后，线程实例thread退出后，会在native方法中调用线程对象的notifyAll()方法，然后执行main线程的后续部分代码。

package wygu.multiThread.study;
    
    public class MultiThreadJoin implements Runnable{ 
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("开始执行线程--->"+Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("结束执行线程--->"+Thread.currentThread().getName());
    
        }
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println("主线程开始执行");
            MultiThreadJoin mThreadJoin = new MultiThreadJoin();
            Thread thread = new Thread(mThreadJoin, "子线程");
            thread.start();
            try {
                thread.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("主线程结束执行");
        }
    
    }

运行结果：  
主线程开始执行  
开始执行线程—>子线程  
结束执行线程—>子线程  
主线程结束执行  
可以看出主线程是在子线程执行结束后，才真正的结束。

** notify()：**  
notify()是Object类里的方法，唤醒在此对象监视器上等待的单个线程，选择是任意性的。notifyAll()唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。

**5、线程的中常见的名词**  
在Java中有两类线程：**用户线程（User Thread）**，**守护线程（Daemon Thread）**。在JVM中，只要还存在一个运行的用户线程，所有的守护线程均没有结束；只有当所有的用户线程全部结束，守护线程会随JVM的退出而消亡。换句话说，JVM中任何一个守护线程都是所有用户线程的保姆。比如，JVM中负责垃圾回收的线程（GC 垃圾回收器）就是一个守护线程。  
在JAVA中，将一个线程设置成守护线程非常简单，只需要：创建一个线程实例，然后设置thread.setDaemon(true)即可将该线程设置为守护线程。  
以下几点需要注意：  
(1) thread.setDaemon(true)必须在thread.start()之前设置，否则程序会抛出IllegalThreadStateException异常。因为不能把一个正在运行的线程设置为守护线程。  
(2) 在Daemon线程中产生的新线程也是Daemon的。  
(3) 不要认为所有的应用都可以分配给Daemon来进行服务，比如读写操作或者计算逻辑。

package com.wygu.thread.study;
    
    public class MultiThreadDaemon implements Runnable{ 
    
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("线程开始运行："+Thread.currentThread().getName()); 
            try {
                Thread.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("线程结束运行："+Thread.currentThread().getName()); 
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println("线程开始运行："+Thread.currentThread().getName());
            MultiThreadDaemon mThreadDaemon = new MultiThreadDaemon();
            Thread thread = new Thread(mThreadDaemon,"Dameon Thread");
            thread.setDaemon(true);
            thread.start();
            System.out.println("线程结束运行："+Thread.currentThread().getName());
        }
    
    }

程序运行结果：  
线程开始运行：main  
线程结束运行：main  
线程开始运行：Dameon Thread  
我们发现线程thread还没有运行结束就随着主线程的结束而结束了，如果把thread.setDaemon(true);注释掉，会发现程序运行结果为：  
线程开始运行：main  
线程结束运行：main  
线程开始运行：Dameon Thread  
线程结束运行：Dameon Thread

守护线程除了被用于垃圾回收等方面，还可以被用在**网络socket通信**中，维持长连接或者收发信息，比如举个简单的例子：

package com.wygu.thread.study;
    
    public class MultiThreadDaemon implements Runnable{ 
    
        @Override
        public void run() {
            int times = 0;
            while(true){
                System.out.println("发送消息:"+times);  
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("接受消息:"+times);  
                times++;
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println("线程开始运行："+Thread.currentThread().getName());
            MultiThreadDaemon mThreadDaemon = new MultiThreadDaemon();
            Thread thread = new Thread(mThreadDaemon,"Dameon Thread");
            thread.setDaemon(true);
            thread.start();
            while(true) {
                try {
                    Thread.sleep(1000 * 60 * 10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    System.out.println("Main thread sleep error!");
                    System.exit(0);
                }
            }
        }
    
    }

程序运行结果：  
线程开始运行：main  
发送消息:0  
接受消息:0  
发送消息:1  
接受消息:1  
发送消息:2  
接受消息:2  
发送消息:3  
接受消息:3

[http_www.cnblogs.com_lwbqqyumidi_p_3804883.html]: http://www.cnblogs.com/lwbqqyumidi/p/3804883.html
[SouthEast]: /images/20220615/e83bca6cbcab463c9f8ee44f7bea1165.png