java多線程學習

Java 給多線程編程提供了內置的支持。
一條線程指的是進程中一個單一順序的控制流,一個進程中可以併發多個線程,每條線程並行執行不同的任務。
多線程是多任務的一種特別的形式,但多線程使用了更小的資源開銷。
這裏定義和線程相關的另一個術語 - 進程:一個進程包括由操作系統分配的內存空間,包含一個或多個線程。一個線程不能獨立的存在,它必須是進程的一部分。一個進程一直運行,直到所有的非守護線程都結束運行後才能結束。
多線程能滿足程序員編寫高效率的程序來達到充分利用 CPU 的目的。


一個線程的生命週期

線程是一個動態執行的過程,它也有一個從產生到死亡的過程。

下圖顯示了一個線程完整的生命週期。

  • 新建狀態:

    使用 new 關鍵字和 Thread 類或其子類建立一個線程對象後,該線程對象就處於新建狀態。它保持這個狀態直到程序 start() 這個線程。

  • 就緒狀態:

    當線程對象調用了start()方法之後,該線程就進入就緒狀態。就緒狀態的線程處於就緒隊列中,要等待JVM裏線程調度器的調度。

  • 運行狀態:

    如果就緒狀態的線程獲取 CPU 資源,就可以執行 run(),此時線程便處於運行狀態。處於運行狀態的線程最爲複雜,它可以變爲阻塞狀態、就緒狀態和死亡狀態。

  • 阻塞狀態:

    如果一個線程執行了sleep(睡眠)、suspend(掛起)等方法,失去所佔用資源之後,該線程就從運行狀態進入阻塞狀態。在睡眠時間已到或獲得設備資源後可以重新進入就緒狀態。可以分爲三種:

    • 等待阻塞:運行狀態中的線程執行 wait() 方法,使線程進入到等待阻塞狀態。

    • 同步阻塞:線程在獲取 synchronized 同步鎖失敗(因爲同步鎖被其他線程佔用)。

    • 其他阻塞:通過調用線程的 sleep() 或 join() 發出了 I/O 請求時,線程就會進入到阻塞狀態。當sleep() 狀態超時,join() 等待線程終止或超時,或者 I/O 處理完畢,線程重新轉入就緒狀態。

  • 死亡狀態:

    一個運行狀態的線程完成任務或者其他終止條件發生時,該線程就切換到終止狀態。


  • 線程的優先級

    每一個 Java 線程都有一個優先級,這樣有助於操作系統確定線程的調度順序。

    Java 線程的優先級是一個整數,其取值範圍是 1 (Thread.MIN_PRIORITY ) - 10 (Thread.MAX_PRIORITY )。

    默認情況下,每一個線程都會分配一個優先級 NORM_PRIORITY(5)。

    具有較高優先級的線程對程序更重要,並且應該在低優先級的線程之前分配處理器資源。但是,線程優先級不能保證線程執行的順序,而且非常依賴於平臺。


    創建一個線程

    Java 提供了三種創建線程的方法:

    • 通過實現 Runnable 接口;
    • 通過繼承 Thread 類本身;
    • 通過 Callable 和 Future 創建線程。

    通過實現 Runnable 接口來創建線程

    創建一個線程,最簡單的方法是創建一個實現 Runnable 接口的類。

    爲了實現 Runnable,一個類只需要執行一個方法調用 run(),聲明如下:

    public void run()

    你可以重寫該方法,重要的是理解的 run() 可以調用其他方法,使用其他類,並聲明變量,就像主線程一樣。

    在創建一個實現 Runnable 接口的類之後,你可以在類中實例化一個線程對象。

    Thread 定義了幾個構造方法,下面的這個是我們經常使用的:

    Thread(Runnable threadOb,String threadName);

    這裏,threadOb 是一個實現 Runnable 接口的類的實例,並且 threadName 指定新線程的名字。

    新線程創建之後,你調用它的 start() 方法它纔會運行。

    void start();

    下面是一個創建線程並開始讓它執行的實例:

    實例

    class RunnableDemo implements Runnable { private Thread t; private String threadName;

    RunnableDemo( String name) {
    threadName = name;
    System.out.println("Creating " + threadName );
    }

    public void run() {
    System.out.println("Running " + threadName );
    try {
    for(int i = 4; i > 0; i) {
    System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i);
    // 讓線程睡眠一會
    Thread.sleep(50);
    }
    }catch (InterruptedException e) {
    System.out.println(Thread " + threadName + " interrupted.);
    }
    System.out.println(Thread " + threadName + " exiting.);
    }

    public void start () {
    System.out.println("Starting " + threadName );
    if (t == null) {
    t = new Thread (this, threadName);
    t.start ();
    }
    }
    }

    public class TestThread {

    public static void main(String args[]) {
    RunnableDemo R1 = new RunnableDemo( Thread-1);
    R1.start();

      </span><span class="hl-identifier">RunnableDemo</span><span class="hl-code"> </span><span class="hl-identifier">R2</span><span class="hl-code"> = </span><span class="hl-reserved">new</span><span class="hl-code"> </span><span class="hl-identifier">RunnableDemo</span><span class="hl-brackets">(</span><span class="hl-code"> </span><span class="hl-quotes">"</span><span class="hl-string">Thread-2</span><span class="hl-quotes">"</span><span class="hl-brackets">)</span><span class="hl-code">;
      </span><span class="hl-identifier">R2</span><span class="hl-code">.</span><span class="hl-identifier">start</span><span class="hl-brackets">(</span><span class="hl-brackets">)</span><span class="hl-code">;
    

    }
    }


    編譯以上程序運行結果如下:

    Creating Thread-1
    Starting Thread-1
    Creating Thread-2
    Starting Thread-2
    Running Thread-1
    Thread: Thread-1, 4
    Running Thread-2
    Thread: Thread-2, 4
    Thread: Thread-1, 3
    Thread: Thread-2, 3
    Thread: Thread-1, 2
    Thread: Thread-2, 2
    Thread: Thread-1, 1
    Thread: Thread-2, 1
    Thread Thread-1 exiting.
    Thread Thread-2 exiting.

    通過繼承Thread來創建線程

    創建一個線程的第二種方法是創建一個新的類,該類繼承 Thread 類,然後創建一個該類的實例。

    繼承類必須重寫 run() 方法,該方法是新線程的入口點。它也必須調用 start() 方法才能執行。

    該方法儘管被列爲一種多線程實現方式,但是本質上也是實現了 Runnable 接口的一個實例。

    實例

    class ThreadDemo extends Thread { private Thread t; private String threadName;

    ThreadDemo( String name) {
    threadName = name;
    System.out.println("Creating " + threadName );
    }

    public void run() {
    System.out.println("Running " + threadName );
    try {
    for(int i = 4; i > 0; i) {
    System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i);
    // 讓線程睡眠一會
    Thread.sleep(50);
    }
    }catch (InterruptedException e) {
    System.out.println(Thread " + threadName + " interrupted.);
    }
    System.out.println(Thread " + threadName + " exiting.);
    }

    public void start () {
    System.out.println("Starting " + threadName );
    if (t == null) {
    t = new Thread (this, threadName);
    t.start ();
    }
    }
    }

    public class TestThread {

    public static void main(String args[]) {
    ThreadDemo T1 = new ThreadDemo( Thread-1);
    T1.start();

      </span><span class="hl-identifier">ThreadDemo</span><span class="hl-code"> </span><span class="hl-identifier">T2</span><span class="hl-code"> = </span><span class="hl-reserved">new</span><span class="hl-code"> </span><span class="hl-identifier">ThreadDemo</span><span class="hl-brackets">(</span><span class="hl-code"> </span><span class="hl-quotes">"</span><span class="hl-string">Thread-2</span><span class="hl-quotes">"</span><span class="hl-brackets">)</span><span class="hl-code">;
      </span><span class="hl-identifier">T2</span><span class="hl-code">.</span><span class="hl-identifier">start</span><span class="hl-brackets">(</span><span class="hl-brackets">)</span><span class="hl-code">;
    

    }
    }


    編譯以上程序運行結果如下:

    Creating Thread-1
    Starting Thread-1
    Creating Thread-2
    Starting Thread-2
    Running Thread-1
    Thread: Thread-1, 4
    Running Thread-2
    Thread: Thread-2, 4
    Thread: Thread-1, 3
    Thread: Thread-2, 3
    Thread: Thread-1, 2
    Thread: Thread-2, 2
    Thread: Thread-1, 1
    Thread: Thread-2, 1
    Thread Thread-1 exiting.
    Thread Thread-2 exiting.

    Thread 方法

    下表列出了Thread類的一些重要方法:

    序號 方法描述
    1 public void start()
    使該線程開始執行;Java 虛擬機調用該線程的 run 方法。
    2 public void run()
    如果該線程是使用獨立的 Runnable 運行對象構造的,則調用該 Runnable 對象的 run 方法;否則,該方法不執行任何操作並返回。
    3 public final void setName(String name)
    改變線程名稱,使之與參數 name 相同。
    4 public final void setPriority(int priority)
     更改線程的優先級。
    5 public final void setDaemon(boolean on)
    將該線程標記爲守護線程或用戶線程。
    6 public final void join(long millisec)
    等待該線程終止的時間最長爲 millis 毫秒。
    7 public void interrupt()
    中斷線程。
    8 public final boolean isAlive()
    測試線程是否處於活動狀態。

    測試線程是否處於活動狀態。 上述方法是被Thread對象調用的。下面的方法是Thread類的靜態方法。

    序號 方法描述
    1 public static void yield()
    暫停當前正在執行的線程對象,並執行其他線程。
    2 public static void sleep(long millisec)
    在指定的毫秒數內讓當前正在執行的線程休眠(暫停執行),此操作受到系統計時器和調度程序精度和準確性的影響。
    3 public static boolean holdsLock(Object x)
    當且僅當當前線程在指定的對象上保持監視器鎖時,才返回 true。
    4 public static Thread currentThread()
    返回對當前正在執行的線程對象的引用。
    5 public static void dumpStack()
    將當前線程的堆棧跟蹤打印至標準錯誤流。

    通過 Callable 和 Future 創建線程

    • 1. 創建 Callable 接口的實現類,並實現 call() 方法,該 call() 方法將作爲線程執行體,並且有返回值。

    • 2. 創建 Callable 實現類的實例,使用 FutureTask 類來包裝 Callable 對象,該 FutureTask 對象封裝了該 Callable 對象的 call() 方法的返回值。

    • 3. 使用 FutureTask 對象作爲 Thread 對象的 target 創建並啓動新線程。

    • 4. 調用 FutureTask 對象的 get() 方法來獲得子線程執行結束後的返回值。


    創建線程的三種方式的對比

    • 1. 採用實現 Runnable、Callable 接口的方式創建多線程時,線程類只是實現了 Runnable 接口或 Callable 接口,還可以繼承其他類。

    • 2. 使用繼承 Thread 類的方式創建多線程時,編寫簡單,如果需要訪問當前線程,則無需使用 Thread.currentThread() 方法,直接使用 this 即可獲得當前線程。


    線程的幾個主要概念

    在多線程編程時,你需要了解以下幾個概念:

    • 線程同步
    • 線程間通信
    • 線程死鎖
    • 線程控制:掛起、停止和恢復

    多線程的使用

    有效利用多線程的關鍵是理解程序是併發執行而不是串行執行的。例如:程序中有兩個子系統需要併發執行,這時候就需要利用多線程編程。

    通過對多線程的使用,可以編寫出非常高效的程序。不過請注意,如果你創建太多的線程,程序執行的效率實際上是降低了,而不是提升了。

    請記住,上下文的切換開銷也很重要,如果你創建了太多的線程,CPU 花費在上下文的切換的時間將多於執行程序的時間!

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