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。
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另一个术语—进程：一个进程包括由操作系统分配的内存空间，包含一个或者多个线程。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。
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。
一个线程的生命周期
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。
对于进程来说，从运行状态转向就绪状态（时间片用完）。
- 新建状态：
使用new关键字和Thread类及其子类建立一个线程对象后，该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，该线程就处于就绪状态。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（完成状态）。
- 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。在睡眠时间已到或者获得设备资源之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（）或者join（）发出I/O请求时，线程就会进入到阻塞状态。当sleep（）状态超时，join（）等待线程终止或者超时，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，该线程就会切换到终止状态。
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
创建一个线程，最简单的方法是创建一个实现Runnable接口的类。
为了实现Runnable，一个类只需要执行一个方法调用run（），声明如下：
public void run()
你可以重写该方法，重要的是理解run（）可以调用其他方法，使用其他类，并声明变量，就像主线程一样。
在创建一个实现Runnable接口的类之后，你可以在类中实例化一个线程对象。
Thread定义了几个构造方法，下面的这个是我们经常使用的：
Thread(Runnable threadOb,String threadName);
这里，threadOb是一个实现Runnable接口的类的实例，并且threadName指定新线程的名字。
新线程创建之后，你调用它的start（）方法它才会运行。
void start();
通过继承Thread来创建线程
创建一个线程的第二种方法是创建一个新的类，该类继承Thread类，然后创建一个该类的实例。
继承类必须重写run（）方法，该方法是新线程的入口点。它也必须调用start（）方法才能执行。
该方法尽管被列为一种多线程实现方式，但是本质上也是实现了Runnable接口的一个实例。
package pkg2020华南虎;
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);
// 让线程睡眠一会
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();
ThreadDemo T2 = new ThreadDemo("Thread-2");
T2.start();
}
}
Thread方法
下表列出了Thread类的一些重要方法：
测试线程是否处于活动状态。上述方法是被Thread对象调用的。下面的方法是Thread类的静态方法。
实例
如下的ThreadClassDemo程序演示了Thread类的一些方法：
package pkg2020华南虎;
/**
*
* @author yl
*/
public class DisplayMessage implements Runnable {
private String message;
public DisplayMessage(String message) {
this.message = message;
}
public void run() {
while (true) {
System.out.println(message);
}
}
}
package pkg2020华南虎;
/**
*
* @author yl
*/
public class GuessANumber extends Thread {
private int number;
public GuessANumber(int number) {
this.number = number;
}
public void run() {
int counter = 0;
int guess = 0;
do {
guess = (int) (Math.random() * 100 + 1);
System.out.println(this.getName() + "guess " + guess);
counter++;
} while (guess != number);
System.out.println("** Correct!" + this.getName() + "in" + counter + "guess.***");
}
}
package pkg2020华南虎;
/**
*
* @author yl
*/
public class ThreadClassDemo {
public static void main(String[] args) {
Runnable hello = new DisplayMessage("Hello");
Thread thread1 = new Thread(hello);
thread1.setDaemon(true);
thread1.setName("hello");
System.out.println("Starting hello thread...");
thread1.start();
Runnable bye = new DisplayMessage("Goodbye");
Thread thread2 = new Thread(bye);
thread2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
thread2.setDaemon(true);
System.out.println("Starting goodbye thread...");
thread2.start();
System.out.println("Starting thread3...");
Thread thread3 = new GuessANumber(27);
thread3.start();
try {
thread3.join();
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("Thread interrupted.");
}
System.out.println("Starting thread4...");
Thread thread4 = new GuessANumber(75);
thread4.start();
System.out.println("main() id ending...");
}
}
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。
- 使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建并启动新线程。
- 调用FutrueTask对象的get（）方法来获得子线程执行结束后的返回值。
package pkg2020华南虎;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
public class CallableThreadTest 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接口或者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
- 线程同步
- 线程间通信
- 线程死锁
- 线程控制：挂起、停止和恢复
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：程序中有两个子程序需要并发执行，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。
