Java多线程（一） —— 线程的状态详解

一、多线程概述 

1、 进程

• 是一个正在执行的程序。是程序在计算机上的一次运行活动。
• 每一个进程执行都有一个执行顺序。该顺序是一个执行路径，或者叫一个控制单元。
• 系统以进程为基本单位进行系统资源的调度和分配。程序要运行，系统就在内存中为该程序分配一块独立的内存空间，载入程序代码和资源进行执行。
• 程序运行期间该内存空间不能被其他进程直接访问。

 

2、线程

• 进程中的一个独立的控制单元。线程在控制着进程的执行。只要进程中有一个线程在执行，进程就不会结束。
• 线程是进程内一次具体的执行任务。程序的执行具体是通过线程来完成的，所以一个进程中至少有一个线程。
• 线程是CPU调度的基本单位。
• 一个进程可以包含多个线程，这些线程共享数据空间和资源，但又分别拥有各自的执行堆栈和程序计数器。

　　其实HelloWrold 程序中main方法的执行，就是Java虚拟机开启的一个名为“main”的线程来执行程序代码。

 

3、多线程

        在java虚拟机启动的时候会有一个java.exe的执行程序，也就是一个进程。该进程中至少有一个线程负责java程序的执行。而且这个线程运行的代码存在于main方法中。该线程称之为主线程。JVM启动除了执行一个主线程，还有负责垃圾回收机制的线程。像种在一个进程中有多个线程执行的方式，就叫做多线程。

 

4、多线程存在的意义

        多线程的出现能让程序产生同时运行效果。可以提高程序执行效率。

         例如：在java.exe进程执行主线程时，如果程序代码特别多，在堆内存中产生了很多对象，而同时对象调用完后，就成了垃圾。如果垃圾过多就有可能是堆内存出现内存不足的现象，只是如果只有一个线程工作的话，程序的执行将会很低效。而如果有另一个线程帮助处理的话，如垃圾回收机制线程来帮助回收垃圾的话，程序的运行将变得更有效率。

 

5、计算机CPU的运行原理

         我们电脑上有很多的程序在同时进行，就好像cpu在同时处理这所以程序一样。但是，在一个时刻，单核的cpu只能运行一个程序。而我们看到的同时运行效果，只是cpu在多个进程间做着快速切换动作。

         而cpu执行哪个程序，是毫无规律性的。这也是多线程的一个特性：随机性。哪个线程被cpu执行，或者说抢到了cpu的执行权，哪个线程就执行。而cpu不会只执行一个，当执行一个一会后，又会去执行另一个，或者说另一个抢走了cpu的执行权。至于究竟是怎么样执行的，只能由cpu决定。

 

二、线程的生命周期及五种基本状态

 

Java线程具有五中基本状态

新建状态（New）：当线程对象对创建后，即进入了新建状态，如：Thread t = new MyThread();

就绪状态（Runnable）：当调用线程对象的start()方法（t.start();），线程即进入就绪状态。处于就绪状态的线程，只是说明此线程已经做好了准备，随时等待CPU调度执行，并不是说执行了t.start()此线程立即就会执行；

运行状态（Running）：当CPU开始调度处于就绪状态的线程时，此时线程才得以真正执行，即进入到运行状态。注：就绪状态是进入到运行状态的唯一入口，也就是说，线程要想进入运行状态执行，首先必须处于就绪状态中；

阻塞状态（Blocked）：处于运行状态中的线程由于某种原因，暂时放弃对CPU的使用权，停止执行，此时进入阻塞状态，直到其进入到就绪状态，才 有机会再次被CPU调用以进入到运行状态。根据阻塞产生的原因不同，阻塞状态又可以分为三种：

• 等待阻塞 -- 运行状态中的线程执行wait()方法，使本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(因为锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态；
• 其他阻塞 -- 通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。

死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

 

三、Java多线程的创建及启动

• 继承Thread类，重写该类的run()方法；
• 实现Runnable接口，并重写该接口的run()方法；
• 使用Callable和Future接口创建线程。

 

1.继承Thread类，重写该类的run()方法。

class MyThread extends Thread {
    private int i = 0;

    @Override
    public void run() {
        for (i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
    }
}

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            if (i == 30) {
                Thread myThread1 = new MyThread();     // 创建一个新的线程  myThread1  此线程进入新建状态
                Thread myThread2 = new MyThread();     // 创建一个新的线程 myThread2 此线程进入新建状态
                myThread1.start();                     // 调用start()方法使得线程进入就绪状态
                myThread2.start();                     // 调用start()方法使得线程进入就绪状态
            }
        }
    }
}

　　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MyThread，其中run()方法的方法体代表了线程需要完成的任务，称之为线程执行体。当创建此线程类对象时一个新的线程得以创建，并进入到线程新建状态。通过调用线程对象引用的start()方法，使得该线程进入到就绪状态，此时此线程并不一定会马上得以执行，这取决于CPU调度时机。

 

2.实现Runnable接口，并重写该接口的run()方法，该run()方法同样是线程执行体，创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread类的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。

class MyRunnable implements Runnable {
    private int i = 0;

    @Override
    public void run() {
        for (i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
    }
}

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            if (i == 30) {
                Runnable myRunnable = new MyRunnable(); // 创建一个Runnable实现类的对象
                Thread thread1 = new Thread(myRunnable); // 将myRunnable作为Thread target创建新的线程
                Thread thread2 = new Thread(myRunnable);
                thread1.start(); // 调用start()方法使得线程进入就绪状态
                thread2.start();
            }
        }
    }
}

 

Thread和Runnable之间到底是什么关系呢？

两种方法创建线程的方法类似，不同的地方在于：

Thread thread = new MyThread(myRunnable);

那么这种方式可以顺利创建出一个新的线程么？答案是肯定的。那么此时的线程执行体到底是MyRunnable接口中的run()方法还是MyThread类中的run()方法呢？线程执行体是MyThread类中的run()方法。其实原因很简单，因为Thread类本身也是实现了Runnable接口，而run()方法最先是在Runnable接口中定义的方法。所以执行时优先执行MyThread类中的run()方法。

Runnable接口中最先定义的run()方法：

public interface Runnable {
     public abstract void run();  
}

Thread类中对于Runnable接口中run()方法的实现：

@Override
public void run() {
    if (target != null) {
        target.run();
    }
}

　　也就是说，当执行到Thread类中的run()方法时，会首先判断target是否存在，存在则执行target中的run()方法，也就是实现了Runnable接口并重写了run()方法的类中的run()方法。但是上述给到的列子中，由于多态的存在，根本就没有执行到Thread类中的run()方法，而是直接先执行了运行时类型即MyThread类中的run()方法。

 

3.使用Callable和Future接口创建线程。具体是创建Callable接口的实现类，并实现clall()方法。并使用FutureTask类来包装Callable实现类的对象，且以此FutureTask对象作为Thread对象的target来创建线程。

看着好像有点复杂，直接来看一个例子就清晰了。

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        Callable<Integer> myCallable = new MyCallable();    // 创建MyCallable对象
        FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<Integer>(myCallable); //使用FutureTask来包装MyCallable对象

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            if (i == 30) {
                Thread thread = new Thread(ft);   //FutureTask对象作为Thread对象的target创建新的线程
                thread.start();                      //线程进入到就绪状态
            }
        }
        System.out.println("主线程for循环执行完毕..");
        try {
            int sum = ft.get();            //取得新创建的新线程中的call()方法返回的结果
            System.out.println("sum = " + sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class MyCallable implements Callable<Integer> {
    private int i = 0;

    // 与run()方法不同的是，call()方法具有返回值
    @Override
    public Integer call() {
        int sum = 0;
        for (; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            sum += i;
        }
        return sum;
    }
}

在实现Callable接口中，此时不再是run()方法了，而是call()方法，此call()方法作为线程执行体，同时还具有返回值！在创建新的线程时，是通过FutureTask来包装MyCallable对象，同时作为了Thread对象的target。

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。

执行下此程序，我们发现sum = 4950永远都是最后输出的。而“主线程for循环执行完毕..”则很可能是在子线程循环中间输出。由CPU的线程调度机制，我们知道，“主线程for循环执行完毕..”的输出时机是没有任何问题的，那么为什么sum =4950会永远最后输出呢？原因在于通过ft.get()方法获取子线程call()方法的返回值时，当子线程此方法还未执行完毕，ft.get()方法会一直阻塞，直到call()方法执行完毕才能取到返回值。

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。

 

四、Java多线程的就绪、运行和死亡状态

就绪状态转换为运行状态：当此线程得到处理器资源；

运行状态转换为就绪状态：当此线程主动调用yield()方法或在运行过程中失去处理器资源。

运行状态转换为死亡状态：当此线程线程执行体执行完毕或发生了异常。

此处需要特别注意的是：当调用线程的yield()方法时，线程从运行状态转换为就绪状态，但接下来CPU调度就绪状态中的哪个线程具有一定的随机性，因此，可能会出现A线程调用了yield()方法后，接下来CPU仍然调度了A线程的情况。

由于实际的业务需要，常常会遇到需要在特定时机终止某一线程的运行，使其进入到死亡状态。目前最通用的做法是设置一boolean型的变量，当条件满足时，使线程执行体快速执行完毕。如：

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
        Thread thread = new Thread(myRunnable);
      
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            if (i == 30) {
                thread.start();
            }
            if(i == 40){
                myRunnable.stopThread();
            }
        }
    }
}

class MyRunnable implements Runnable {
    private boolean stop;

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100 && !stop; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
    }

    public void stopThread() {
        this.stop = true;
    }
}

 

五、Java多线程的阻塞状态与线程控制

引起Java线程阻塞的主要方法：

1.join()

join —— 让一个线程等待另一个线程完成才继续执行。如A线程线程执行体中调用B线程的join()方法，则A线程被阻塞，直到B线程执行完为止，A才能得以继续执行。

为什么要用join()方法

在很多情况下，主线程生成并启动了子线程，如果子线程里要进行大量的耗时的运算，主线程往往将于子线程之前结束，但是如果主线程处理完其他的事务后，需要用到子线程的处理结果，也就是主线程需要等待子线程执行完成之后再结束，这个时候就要用到join()方法了。

2.sleep()

sleep —— 让当前的正在执行的线程暂停指定的时间，并进入阻塞状态。在其睡眠的时间段内，该线程由于不是处于就绪状态，因此不会得到执行的机会。即使此时系统中没有任何其他可执行的线程，出于sleep()中的线程也不会执行。因此sleep()方法常用来暂停线程执行。

前面有讲到，当调用了新建的线程的start()方法后，线程进入到就绪状态，可能会在接下来的某个时间获取CPU时间片得以执行，如果希望这个新线程必然性的立即执行，直接调用原来线程的sleep(1)即可。

注：睡一个毫秒级够了，因为CPU不会空闲，会切换到新建的线程。

 

3.后台线程（Daemon Thread）

概念/目的：后台线程主要是为其他线程（相对可以称之为前台线程）提供服务，或“守护线程”。如JVM中的垃圾回收线程。

生命周期：后台线程的生命周期与前台线程生命周期有一定关联。主要体现在：当所有的前台线程都进入死亡状态时，后台线程会自动死亡(其实这个也很好理解，因为后台线程存在的目的在于为前台线程服务的，既然所有的前台线程都死亡了，那它自己还留着有什么用...伟大啊 ! !)。

设置后台线程：调用Thread对象的setDaemon(true)方法可以将指定的线程设置为后台线程。

判断线程是否是后台线程：调用thread对象的isDeamon()方法。

注：main线程默认是前台线程，前台线程创建中创建的子线程默认是前台线程，后台线程中创建的线程默认是后台线程。调用setDeamon(true)方法将前台线程设置为后台线程时，需要在start()方法调用之前。前天线程都死亡后，JVM通知后台线程死亡，但从接收指令到作出响应，需要一定的时间。

 

4.改变线程的优先级/setPriority()：

每个线程在执行时都具有一定的优先级，优先级高的线程具有较多的执行机会。每个线程默认的优先级都与创建它的线程的优先级相同。main线程默认具有普通优先级。

设置线程优先级：setPriority(int priorityLevel)。参数priorityLevel范围在1-10之间，常用的有如下三个静态常量值：

MAX_PRIORITY:10

MIN_PRIORITY:1

NORM_PRIORITY:5

获取线程优先级：getPriority()。

注：具有较高线程优先级的线程对象仅表示此线程具有较多的执行机会，而非优先执行。

 

5.yield()线程让步

yield()的基本作用：暂停当前正在执行的线程对象让出CPU资源，将当前线程从运行状态转换到就绪状态并执行其他线程。同时，yield()方法还与线程优先级有关，当某个线程调用yiled()方法从运行状态转换到就绪状态后，CPU从就绪状态线程队列中只会选择与该线程优先级相同或优先级更高的线程去执行。使用yield()的目的是让相同优先级的线程之间能适当的轮转执行。但是，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。

注意：yield()从未导致线程转到等待/睡眠/阻塞状态。在大多数情况下，yield()将导致线程从运行状态转到可运行（就绪）状态，但有可能没有效果。

 

join()实例：

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
        Thread thread = new Thread(myRunnable);
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            if (i == 30) {
                thread.start();
                try {
                    thread.join();    // main线程需要等待thread线程执行完后才能继续执行
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

class MyRunnable implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
    }
}

 

sleep()实例：

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
        Thread thread = new Thread(myRunnable);
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            if (i == 30) {
                thread.start();
                try {
                    Thread.sleep(1);   // 使得thread必然能够马上得以执行
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

class MyRunnable implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
    }
}

 

设置后台进程实例：

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        Thread myThread = new MyThread();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("main thread i = " + i);
            if (i == 20) {
                myThread.setDaemon(true);   //设置为后台守护线程
                myThread.start();
            }
        }
    }
}

class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("i = " + i);
            try {
                Thread.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

 

setPriority()实例：

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        Thread myThread = new MyThread();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("main thread i = " + i);
            if (i == 20) {
                myThread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
                myThread.start();
            }
        }
    }
}

class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("i = " + i);
        }
    }
}

 

yeild()实例：

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        Thread myThread1 = new MyThread1();
        Thread myThread2 = new MyThread2();
        myThread1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        myThread2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("main thread i = " + i);
            if (i == 20) {
                myThread1.start();
                myThread2.start();
                Thread.yield(); 
            }
        }
    }
}

class MyThread1 extends Thread {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("myThread 1 --  i = " + i);
        }
    }
}

class MyThread2 extends Thread {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("myThread 2 --  i = " + i);
        }
    }
}

 

参考链接：

http://www.cnblogs.com/lwbqqyumidi/p/3804883.html

http://www.cnblogs.com/lwbqqyumidi/p/3817517.html

http://www.cnblogs.com/lwbqqyumidi/p/3821389.html