高级进阶多线程——多任务处理、线程状态（生命周期）、三种创建多线程的方式

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2024-03-23 21:58 18阅读 0赞

### ![f606eef05dd141a88f20dce2701ad48a.png][] Java多线程 ###

Java中的多线程是一个同时执行多个线程的进程。线程是一个轻量级的子进程，是最小的处理单元。多进程和多线程都用于实现多任务处理。

但是，一般使用多线程而不是多进程，这是因为线程使用共享内存区域。它们不分配单独的内存区域以节省内存，并且线程之间的上下文切换比进程花费的时间更少。

Java多线程主要用于游戏，动画等。

### 优点 ###

（1）它不会阻塞用户，因为线程是独立的，可以同时执行多个操作。  
（2）可以一起执行许多操作，因此可以节省时间。  
（3）线程是独立的，因此如果在单个线程中发生异常，它不会影响其他线程。

### 多任务处理 ###

多任务处理是同时执行多个任务的过程。使用多任务来利用CPU，多任务处理可以通过两种方式实现：

基于进程的多任务处理（多进程）  
基于线程的多任务处理（多线程）

##### 基于进程的多任务处理（多进程） #####

>  *  每个进程在内存中都有一个地址。 换句话说，每个进程分配一个单独的内存区域。
>  *  进程是重量级的。
>  *  进程之间的通信成本很高。
>  *  从一个进程切换到另一个进程需要一些时间来保存和加载寄存器，内存映射，更新列表等。

##### 基于线程的多任务处理（多线程） #####

*  线程共享相同的地址空间。
 *  线程是轻量级的。
 *  线程之间的通信成本很低。

> 注意：一次只执行一个线程。

## 线程的生命周期（线程状态） ##

线程可以处于五种状态之一。 根据sun解释，线程生命周期在java中有以下几种状态:*初始(NEW)* ，*运行(RUNNABLE)*，*阻塞(BLOCKED)*，*等待(WAITING)*，*超时等待(TIMED\_WAITING)*和*终止(TERMINATED)*。

java中线程的生命周期由JVM控制，java线程状态如下:

1.  **初始(NEW)**:新创建了一个线程对象，但还没有调用start()方法。
2.  **运行(RUNNABLE)**:Java线程中将就绪(ready)和运行中(running)两种状态笼统的称为“运行”。  
    线程对象创建后，其他线程(比如main线程)调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，等待被线程调度选中，获取CPU的使用权，此时处于就绪状态(ready)。就绪状态的线程在获得CPU时间片后变为运行中状态(running)。
3.  **阻塞(BLOCKED)**:表示线程阻塞于锁。
4.  **等待(WAITING)**:进入该状态的线程需要等待其他线程做出一些特定动作(通知或中断)。
5.  **超时等待(TIMED\_WAITING)**:该状态不同于WAITING，它可以在指定的时间后自行返回。
6.  **终止(TERMINATED)**:表示该线程已经执行完毕。

![Image 1][]

##### **新建状态:** #####

使用 **new** 关键字和 **Thread** 类或其子类建立一个线程对象后，该线程对象就处于新建状态。它保持这个状态直到程序 **start()** 这个线程。

##### **就绪状态** #####

当线程对象调用了start()方法之后，该线程就进入就绪状态。就绪状态的线程处于就绪队列中，要等待JVM里线程调度器的调度。

##### 运行**状态** #####

如果就绪状态的线程获取 CPU 资源，就可以执行 **run()**，此时线程便处于运行状态。处于运行状态的线程最为复杂，它可以变为阻塞状态、就绪状态和死亡状态。

##### **阻塞状态:** #####

如果一个线程执行了sleep（睡眠）、suspend（挂起）等方法，失去所占用资源之后，该线程就从运行状态进入阻塞状态。在睡眠时间已到或获得设备资源后可以重新进入就绪状态。可以分为三种：

*  等待阻塞：运行状态中的线程执行 wait() 方法，使线程进入到等待阻塞状态。
 *  同步阻塞：线程在获取 synchronized 同步锁失败(因为同步锁被其他线程占用)。
 *  其他阻塞：通过调用线程的 sleep() 或 join() 发出了 I/O 请求时，线程就会进入到阻塞状态。当sleep() 状态超时，join() 等待线程终止或超时，或者 I/O 处理完毕，线程重新转入就绪状态。

##### 死亡状态 #####

一个运行状态的线程完成任务或者其他终止条件发生时，该线程就切换到终止状态。

## 创建线程 ##

创建一个线程有三种方法:

*  通过扩展`Thread`类。
 *  通过实现`Runnable`接口。
 *  通过 Callable 和 Future 创建线程。

**Thread类**  
`Thread`类提供了在线程上创建和执行操作的构造函数和方法。`Thread`类扩展了`Object`类并实现了`Runnable`接口。

**常用的Thread类构造函数**

>  *  `Thread()`
>  *  `Thread(String name)`
>  *  `Thread(Runnable r)`
>  *  `Thread(Runnable r,String name)`

**Thread类的常用方法:**

>  *  `public void run()`: 用于执行线程的操作。
>  *  `public void start()`: 开始执行线程，JVM调用线程上的`run()`方法。
>  *  `public void sleep(long miliseconds)`: 使当前正在执行的线程休眠(暂时停止执行)达指定的毫秒数。
>  *  `public void join()`: 等待线程死亡。
>  *  `public void join(long miliseconds)`: 按指定的毫秒数等待线程死亡。
>  *  `public int getPriority()`: 返回线程的优先级。
>  *  `public int setPriority(int priority)`: 更改线程的优先级。
>  *  `public String getName()`: 返回线程的名称。
>  *  `public void setName(String name)`: 更改线程的名称。
>  *  `public int getId()`:返回线程的编号(ID)。
>  *  `public Thread.State getState()`: 返回线程的状态。
>  *  `public boolean isAlive()`: 测试线程是否处于活动状态。
>  *  `public void yield()`: 使当前正在执行的线程对象暂时暂停并允许其他线程执行。
>  *  `public void suspend()`: 用于挂起线程(depricated)。
>  *  `public void resume()`: 用于恢复挂起的线程(depricated)。
>  *  `public void stop()`: 用于停止线程(depricated)。
>  *  `public boolean isDaemon()`: 测试该线程是否为守护进程线程。
>  *  `public void setDaemon(boolean b)`: 将线程标记为守护进程或用户线程。
>  *  `public void interrupt()`: 中断线程。
>  *  `public boolean isInterrupted()`: 测试线程是否被中断。
>  *  `public static boolean interrupted()`: 测试当前线程是否已被中断。

**Runnable接口:**  
`Runnable`接口应由任何其实例由线程执行类实现。`Runnable`接口只有一个`run()`方法。

>  *  `public void run()`: 用于执行线程的操作。

**启动线程:**

`Thread`类的`start()`方法用于启动新创建的线程。它执行以下任务:

>  *  一个新线程启动(使用新的callstack)。
>  *  线程从`New`状态移动到`Runnable`状态。
>  *  当线程有机会执行时，它的目标`run()`方法将运行。

### 示例 ###

##### 1. 通过扩展Thread类线程示例 #####

package com.yiibai;
    
    class Multi extends Thread {
        public void run() {
            System.out.println("thread is running...");
        }
    
        public static void main(String args[]) {
            Multi t1 = new Multi();
            t1.start();
        }
    }

执行上面示例代码，得到以下结果:

thread is running...

##### 2. 通过实现Runnable接口的线程示例 #####

package com.yiibai;
    
    class Multi implements Runnable {
        public void run() {
            System.out.println("thread is running...");
        }
    
        public static void main(String args[]) {
            Multi m1 = new Multi();
            Thread t1 = new Thread(m1);
            t1.start();
        }
    }

执行上面示例代码，得到以下结果:

thread is running...

如果没有扩展`Thread`类，类对象就不会被视为一个线程对象。所以需要明确地创建`Thread`类对象。传递实现`Runnable`类的对象，以便类的`run()`方法可以执行。

##### 3.通过 Callable 和 Future 创建线程 #####

>  *  创建 Callable 接口的实现类，并实现 call() 方法，该 call() 方法将作为线程执行体，并且有返回值。
>  *  创建 Callable 实现类的示例，使用 FutureTask 类来包装 Callable 对象，该 FutureTask 对象封装了该 Callable 对象的 call() 方法的返回值。
>  *  使用 FutureTask 对象作为 Thread 对象的 target 创建并启动新线程。
>  *  调用 FutureTask 对象的 get() 方法来获得子线程执行结束后的返回值。

public class Zeus implements Callable<Integer> {
        public static void main(String[] args)  
        {  
            CallableThreadTest ctt = new CallableThreadTest();  
            FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<>(ctt);  
            for(int i = 0;i < 100;i++)  
            {  
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 的循环变量i的值"+i);  
                if(i==20)  
                {  
                    new Thread(ft,"有返回值的线程").start();  
                }  
            }  
            try  
            {  
                System.out.println("子线程的返回值："+ft.get());  
            } catch (InterruptedException e)  
            {  
                e.printStackTrace();  
            } catch (ExecutionException e)  
            {  
                e.printStackTrace();  
            }  
      
        }
        @Override  
        public Integer call() throws Exception  
        {  
            int i = 0;  
            for(;i<100;i++)  
            {  
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);  
            }  
            return i;  
        }  
    }

### 创建线程的三种方式的对比 ###

*  采用实现 Runnable、Callable 接口的方式创建多线程时，线程类只是实现了 Runnable 接口或 Callable 接口，还可以继承其他类。
 *  使用继承 Thread 类的方式创建多线程时，编写简单，如果需要访问当前线程，则无需使用 Thread.currentThread() 方法，直接使用 this 即可获得当前线程。

### 线程的几个主要概念 ###

在多线程编程时，你需要了解以下几个概念：

>  *  线程同步
>  *  线程间通信
>  *  线程死锁

## Java线程调度程序 ##

Java的线程调度程序是JVM的一部分，它决定应该运行哪个线程。无法保证线程调度程序将选择运行哪个可运行线程。

一次只能有一个线程在一个进程中运行。线程调度程序主要使用抢占式或时间切片调度来调度线程。

**抢占式调度与时间分片的区别**

在抢占式调度下，优先级最高的任务一直执行，直到它进入等待或死亡状态或更高优先级的任务出现。 在时间切片下，任务执行预定义的一段时间，然后重新进入就绪任务池。 然后，调度程序根据优先级和其他因素确定接下来应执行的任务。

[f606eef05dd141a88f20dce2701ad48a.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/14/0aa937f7176d4e2295d6de1f55ded507.png
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