Java 多线程编程
Java 给多线程编程提供了内置的支持。 一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。
用多线程只有一个目的，那就是更好的利用cpu的资源，因为大部分的多线程代码都可以用单线程来实现。
多线程是多任务的一种特别的形式，但多线程使用了更小的资源开销。
这里定义和线程相关的一些术语 ：
- 进程：一个进程包括由操作系统分配的内存空间，包含一个或多个线程。一个线程不能独立的存在，它必须是进程的一部分。一个进程一直运行，直到所有的非守护线程都结束运行后才能结束。
- 并行与并发：
- 并行：多个cpu实例或者多台机器同时执行一段处理逻辑，是真正的同时。
- 并发：通过cpu调度算法，让用户看上去同时执行，实际上从cpu操作层面不是真正的同时。并发往往在场景中有公用的资源，那么针对这个公用的资源往往产生瓶颈，我们会用TPS或者QPS来反应这个系统的处理能力。
- 线程安全：指在并发的情况之下，代码经过多线程使用，线程的调度顺序不影响任何结果。这个时候使用多线程，我们只需要关注系统的内存，cpu是不是够用即可。反过来，线程不安全就意味着线程的调度顺序会影响最终结果。
- 同步：Java中的同步指的是通过人为的控制和调度，保证共享资源的多线程访问成为线程安全，来保证结果的准确。如上面的代码简单加入@synchronized关键字。在保证结果准确的同时，提高性能，才是优秀的程序。线程安全的优先级高于性能。
多线程能满足程序员编写高效率的程序来达到充分利用 CPU 的目的。
线程的生命周期
线程是一个动态执行的过程，它也有一个从产生到死亡的过程。
下图显示了一个线程完整的生命周期。
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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。
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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)。
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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。
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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。
线程的优先级
每一个 Java 线程都有一个优先级，这样有助于操作系统确定线程的调度顺序。
Java 线程的优先级是一个整数，其取值范围是 1 （Thread.MIN_PRIORITY ） - 10 （Thread.MAX_PRIORITY ）。
默认情况下，每一个线程都会分配一个优先级 NORM_PRIORITY（5）。
具有较高优先级的线程对程序更重要，并且应该在低优先级的线程之前分配处理器资源。但是，线程优先级不能保证线程执行的顺序，而且非常依赖于平台。
创建一个线程
Java 提供了三种创建线程的方法：
- 通过实现 Runnable 接口；
- 通过继承 Thread 类本身；
- 通过 Callable 和 Future 创建线程。
通过实现 Runnable 接口来创建线程
通过类实现Runnable接口并重写run方法，利用Thread线程类的带参数构造方法实例化线程对象，通过调用线程对象的start方法启动线程。
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();
}
}
通过继承 Thread 来创建线程
直接继承Thread类并重写run方法，实例化当前类对象并通过调用线程对象的start方法启动线程。其本质上也是实现了 Runnable 接口的一个实例。
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();
}
}
通过 Callable 和 Future 创建线程
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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。
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创建 Callable 实现类的实例，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。
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使用 FutureTask 对象作为 Thread 对象的 target 创建并启动新线程。
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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 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 {
//获取返回值将阻塞值线程完成
System.out.println(task.get());
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
我们发现FutureTask类实际上是同时实现了Runnable和Future接口，由此才使得其具有Future和Runnable双重特性。通过Runnable特性，可以作为Thread对象的target，而Future特性，使得其可以取得新创建线程中的call()方法的返回值。
上述主要讲解了三种常见的线程创建方式，对于线程的启动而言，都是调用线程对象的start()方法，需要特别注意的是：不能对同一线程对象两次调用start()方法。
创建线程的三种方式的对比
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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。
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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。
多线程的使用
有效利用多线程的关键是理解程序是并发执行而不是串行执行的。例如：程序中有两个子系统需要并发执行，这时候就需要利用多线程编程。
通过对多线程的使用，可以编写出非常高效的程序。不过请注意，如果你创建太多的线程，程序执行的效率实际上是降低了，而不是提升了。
请记住，上下文的切换开销也很重要，如果你创建了太多的线程，CPU 花费在上下文的切换的时间将多于执行程序的时间！