Java 多線程編程
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。
用多線程只有一個目的，那就是更好的利用cpu的資源，因爲大部分的多線程代碼都可以用單線程來實現。
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一些術語 ：
- 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。
- 並行與併發：
- 並行：多個cpu實例或者多臺機器同時執行一段處理邏輯，是真正的同時。
- 併發：通過cpu調度算法，讓用戶看上去同時執行，實際上從cpu操作層面不是真正的同時。併發往往在場景中有公用的資源，那麼針對這個公用的資源往往產生瓶頸，我們會用TPS或者QPS來反應這個系統的處理能力。
- 線程安全：指在併發的情況之下，代碼經過多線程使用，線程的調度順序不影響任何結果。這個時候使用多線程，我們只需要關注系統的內存，cpu是不是夠用即可。反過來，線程不安全就意味着線程的調度順序會影響最終結果。
- 同步：Java中的同步指的是通過人爲的控制和調度，保證共享資源的多線程訪問成爲線程安全，來保證結果的準確。如上面的代碼簡單加入@synchronized關鍵字。在保證結果準確的同時，提高性能，纔是優秀的程序。線程安全的優先級高於性能。
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。
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。
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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。
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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)。
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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。
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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
通過類實現Runnable接口並重寫run方法，利用Thread線程類的帶參數構造方法實例化線程對象，通過調用線程對象的start方法啓動線程。
public class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
thread.start();
}
}
通過繼承 Thread 來創建線程
直接繼承Thread類並重寫run方法，實例化當前類對象並通過調用線程對象的start方法啓動線程。其本質上也是實現了 Runnable 接口的一個實例。
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println(this.getName());
}
public static void main(String[] args) {
MyThread thread = new MyThread();
thread.start();
}
}
通過 Callable 和 Future 創建線程
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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。
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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。
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使用 FutureTask 對象作爲 Thread 對象的 target 創建並啓動新線程。
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調用 FutureTask 對象的 get() 方法來獲得子線程執行結束後的返回值。
public class CallableTest implements Callable<Integer> {
@Override
public Integer call() throws Exception {
int i = 0;
for (; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
}
//睡眠2s
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
return i;
}
public static void main(String[] args) {
FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(new CallableTest());
Thread t1 = new Thread(task);
t1.start();
try {
//獲取返回值將阻塞值線程完成
System.out.println(task.get());
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
我們發現FutureTask類實際上是同時實現了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，可以作爲Thread對象的target，而Future特性，使得其可以取得新創建線程中的call()方法的返回值。
上述主要講解了三種常見的線程創建方式，對於線程的啓動而言，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。
創建線程的三種方式的對比
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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。
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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。
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！