Java回顾之多线程

在这篇文章里，我们关注多线程。多线程是一个复杂的话题，包含了很多内容，这篇文章主要关注线程的基本属性、如何创建线程、线程的状态切换以及线程通信，我们把线程同步的话题留到下一篇文章中。

　　线程是操作系统运行的基本单位，它被封装在进程中，一个进程可以包含多个线程。即使我们不手动创造线程，进程也会有一个默认的线程在运行。

　　对于JVM来说，当我们编写一个单线程的程序去运行时，JVM中也是有至少两个线程在运行，一个是我们创建的程序，一个是垃圾回收。

　　线程基本信息

　　我们可以通过Thread.currentThread()方法获取当前线程的一些信息，并对其进行修改。

　　我们来看以下代码：

 1 String name = Thread.currentThread().getName();
 2         int priority = Thread.currentThread().getPriority();
 3         String groupName = Thread.currentThread().getThreadGroup().getName();
 4         boolean isDaemon = Thread.currentThread().isDaemon();
 5         System.out.println("Thread Name:" + name);
 6         System.out.println("Priority:" + priority);
 7         System.out.println("Group Name:" + groupName);
 8         System.out.println("IsDaemon:" + isDaemon);
 9         
10         Thread.currentThread().setName("Test");
11         Thread.currentThread().setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
12         name = Thread.currentThread().getName();
13         priority = Thread.currentThread().getPriority();
14         groupName = Thread.currentThread().getThreadGroup().getName();
15         isDaemon = Thread.currentThread().isDaemon();
16         System.out.println("Thread Name:" + name);
17         System.out.println("Priority:" + priority);

　　其中列出的属性说明如下：

GroupName，每个线程都会默认在一个线程组里，我们也可以显式的创建线程组，一个线程组中也可以包含子线程组，这样线程和线程组，就构成了一个树状结构。
Name，每个线程都会有一个名字，如果不显式指定，那么名字的规则是“Thread-xxx”。

Priority，每个线程都会有自己的优先级，JVM对优先级的处理方式是“抢占式”的。当JVM发现优先级高的线程时，马上运行该线程；对于多个优先级相等的线程，JVM对其进行轮询处理。Java的线程优先级从1到10，默认是5，Thread类定义了2 个常量：MIN_PRIORITY和MAX_PRIORITY来表示最高和最低优先级。
我们可以看下面的代码，它定义了两个不同优先级的线程：

 1 public static void priorityTest()
 2 {
 3     Thread thread1 = new Thread("low")
 4     {
 5         public void run()
 6         {
 7             for (int i = 0; i < 5; i++)
 8             {
 9                 System.out.println("Thread 1 is running.");
10             }
11         }
12     };
13     
14     Thread thread2 = new Thread("high")
15     {
16         public void run()
17         {
18             for (int i = 0; i < 5; i++)
19             {
20                 System.out.println("Thread 2 is running.");
21             }
22         }
23     };
24     
25     thread1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
26     thread2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
27     thread1.start();
28     thread2.start();
29 }

从运行结果可以看出，是高优先级线程运行完成后，低优先级线程才运行。

isDaemon，这个属性用来控制父子线程的关系，如果设置为true，当父线程结束后，其下所有子线程也结束，反之，子线程的生命周期不受父线程影响。
我们来看下面的例子：

 1 public static void daemonTest()
 2 {
 3     Thread thread1 = new Thread("daemon")
 4     {
 5         public void run()
 6         {
 7             Thread subThread = new Thread("sub")
 8             {
 9                 public void run()
10                 {
11                     for(int i = 0; i < 100; i++)
12                     {
13                         System.out.println("Sub Thread Running " + i);
14                     }
15                 }
16             };
17             subThread.setDaemon(true);
18             subThread.start();
19             System.out.println("Main Thread end.");
20         }
21     };
22     
23     thread1.start();
24 }

上面代码的运行结果，在和删除subThread.setDaemon(true);后对比，可以发现后者运行过程中子线程会完成执行后再结束，而前者中，子线程很快就结束了。

　　如何创建线程

　　上面的内容，都是演示默认线程中的一些信息，那么应该如何创建线程呢？在Java中，我们有3种方式可以用来创建线程。

　　Java中的线程要么继承Thread类，要么实现Runnable接口，我们一一道来。

　　使用内部类来创建线程

　　我们可以使用内部类的方式来创建线程，过程是声明一个Thread类型的变量，并重写run方法。示例代码如下：

 1 public static void createThreadByNestClass()
 2 {
 3     Thread thread = new Thread()
 4     {
 5         public void run()
 6         {
 7             for (int i =0; i < 5; i++)
 8             {
 9                 System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is running.");
10             }
11             System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is finished.");
12         }
13     };
14     thread.start();
15 }

　　继承Thread以创建线程

　　我们可以从Thread中派生一个类，重写其run方法，这种方式和上面相似。示例代码如下：

 1 class MyThread extends Thread
 2 {
 3     public void run()
 4     {
 5         for (int i =0; i < 5; i++)
 6         {
 7             System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is running.");
 8         }
 9         System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is finished.");
10     }
11 }
12 
13 
14 public static void createThreadBySubClass()
15 {
16     MyThread thread = new MyThread();
17     thread.start();
18 }

　　实现Runnable接口以创建线程

　　我们可以定义一个类，使其实现Runnable接口，然后将该类的实例作为构建Thread变量构造函数的参数。示例代码如下：

 1 class MyRunnable implements Runnable
 2 {
 3     public void run() 
 4     {
 5         for (int i =0; i < 5; i++)
 6         {
 7             System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is running.");
 8         }
 9         System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is finished.");
10     }
11 }
12 
13 
14 public static void createThreadByRunnable()
15 {
16     MyRunnable runnable = new MyRunnable();
17     Thread thread = new Thread(runnable);
18     thread.start();
19 }

　　上述3种方式都可以创建线程，而且从示例代码上看，线程执行的功能是一样的，那么这三种创建方式有什么不同呢？

　　这涉及到Java中多线程的运行模式，对于Java来说，多线程在运行时，有“多对象多线程”和“单对象多线程”的区别：

多对象多线程，程序在运行过程中创建多个线程对象，每个对象上运行一个线程。
单对象多线程，程序在运行过程中创建一个线程对象，在其上运行多个线程。

　　显然，从线程同步和调度的角度来看，多对象多线程要简单一些。上述3种线程创建方式，前两种都属于“多对象多线程”，第三种既可以使用“多对象多线程”，也可以使用“单对象单线程”。

　　我们来看下面的示例代码，里面会用到Object.notify方法，这个方法会唤醒对象上的一个线程；而Object.notifyAll方法，则会唤醒对象上的所有线程。

  1 public class NotifySample {
  2     
  3     public static void main(String[] args) throws InterruptedException
  4     {
  5         notifyTest();
  6         notifyTest2();
  7         notifyTest3();
  8     }
  9     
 10     private static void notifyTest() throws InterruptedException
 11     {
 12         MyThread[] arrThreads = new MyThread[3];
 13         for (int i = 0; i < arrThreads.length; i++)
 14         {
 15             arrThreads[i] = new MyThread();
 16             arrThreads[i].id = i;
 17             arrThreads[i].setDaemon(true);
 18             arrThreads[i].start();
 19         }
 20         Thread.sleep(500);
 21         for (int i = 0; i < arrThreads.length; i++)
 22         {
 23             synchronized(arrThreads[i])
 24             {
 25                 arrThreads[i].notify();
 26             }
 27         }
 28     }
 29     
 30     private static void notifyTest2() throws InterruptedException
 31     {
 32         MyRunner[] arrMyRunners = new MyRunner[3];
 33         Thread[] arrThreads = new Thread[3];
 34         for (int i = 0; i < arrThreads.length; i++)
 35         {
 36             arrMyRunners[i] = new MyRunner();
 37             arrMyRunners[i].id = i;
 38             arrThreads[i] = new Thread(arrMyRunners[i]);
 39             arrThreads[i].setDaemon(true);
 40             arrThreads[i].start();
 41         }
 42         Thread.sleep(500);
 43         for (int i = 0; i < arrMyRunners.length; i++)
 44         {
 45             synchronized(arrMyRunners[i])
 46             {
 47                 arrMyRunners[i].notify();
 48             }
 49         }
 50     }
 51     
 52     private static void notifyTest3() throws InterruptedException
 53     {
 54         MyRunner runner = new MyRunner();
 55         Thread[] arrThreads = new Thread[3];
 56         for (int i = 0; i < arrThreads.length; i++)
 57         {
 58             arrThreads[i] = new Thread(runner);
 59             arrThreads[i].setDaemon(true);
 60             arrThreads[i].start();
 61         }
 62         Thread.sleep(500);
 63 
 64         synchronized(runner)
 65         {
 66             runner.notifyAll();
 67         }
 68     }
 69 }
 70 
 71 class MyThread extends Thread
 72 {
 73     public int id = 0;
 74     public void run()
 75     {
 76         System.out.println("第" + id + "个线程准备休眠5分钟。");
 77         try
 78         {
 79             synchronized(this)
 80             {
 81                 this.wait(5*60*1000);
 82             }
 83         }
 84         catch(InterruptedException ex)
 85         {
 86             ex.printStackTrace();
 87         }
 88         System.out.println("第" + id + "个线程被唤醒。");
 89     }
 90 }
 91 
 92 class MyRunner implements Runnable
 93 {
 94     public int id = 0;
 95     public void run() 
 96     {
 97         System.out.println("第" + id + "个线程准备休眠5分钟。");
 98         try
 99         {
100             synchronized(this)
101             {
102                 this.wait(5*60*1000);
103             }
104         }
105         catch(InterruptedException ex)
106         {
107             ex.printStackTrace();
108         }
109         System.out.println("第" + id + "个线程被唤醒。");
110     }
111     
112 }

　　示例代码中，notifyTest()和notifyTest2()是“多对象多线程”，尽管notifyTest2()中的线程实现了 Runnable接口，但是它里面定义Thread数组时，每个元素都使用了一个新的Runnable实例。notifyTest3()属于“单对象多线程”，因为我们只定义了一个Runnable实例，所有的线程都会使用这个实例。

　　notifyAll方法适用于“单对象多线程”的情景，因为notify方法只会随机唤醒对象上的一个线程。

　　线程的状态切换

　　对于线程来讲，从我们创建它一直到线程运行结束，在这个过程中，线程的状态可能是这样的：

创建：已经有Thread实例了，但是CPU还有为其分配资源和时间片。
就绪：线程已经获得了运行所需的所有资源，只等CPU进行时间调度。
运行：线程位于当前CPU时间片中，正在执行相关逻辑。
休眠：一般是调用Thread.sleep后的状态，这时线程依然持有运行所需的各种资源，但是不会被CPU调度。
挂起：一般是调用Thread.suspend后的状态，和休眠类似，CPU不会调度该线程，不同的是，这种状态下，线程会释放所有资源。
死亡：线程运行结束或者调用了Thread.stop方法。

　　下面我们来演示如何进行线程状态切换，首先我们会用到下面方法：

Thread()或者Thread(Runnable)：构造线程。
Thread.start：启动线程。
Thread.sleep：将线程切换至休眠状态。
Thread.interrupt：中断线程的执行。
Thread.join：等待某线程结束。
Thread.yield：剥夺线程在CPU上的执行时间片，等待下一次调度。
Object.wait：将Object上所有线程锁定，直到notify方法才继续运行。
Object.notify：随机唤醒Object上的1个线程。
Object.notifyAll：唤醒Object上的所有线程。

　　下面，就是演示时间啦！！！

　　线程等待与唤醒

　　这里主要使用Object.wait和Object.notify方法，请参见上面的notify实例。需要注意的是，wait和notify 都必须针对同一个对象，当我们使用实现Runnable接口的方式来创建线程时，应该是在Runnable对象而非Thread对象上使用这两个方法。

　　线程的休眠与唤醒

 1 public class SleepSample {
 2     
 3     public static void main(String[] args) throws InterruptedException
 4     {
 5         sleepTest();
 6     }
 7     
 8     private static void sleepTest() throws InterruptedException
 9     {
10         Thread thread = new Thread()
11         {
12             public void run()
13             {
14                 System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "将要休眠5分钟。");
15                 try
16                 {
17                     Thread.sleep(5*60*1000);
18                 }
19                 catch(InterruptedException ex)
20                 {
21                     System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "休眠被中断。");
22                 }
23                 System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "休眠结束。");
24             }
25         };
26         thread.setDaemon(true);
27         thread.start();
28         Thread.sleep(500);
29         thread.interrupt();
30     }
31 
32 }

　　线程在休眠过程中，我们可以使用Thread.interrupt将其唤醒，这时线程会抛出InterruptedException。

　　线程的终止

　　虽然有Thread.stop方法，但该方法是不被推荐使用的，我们可以利用上面休眠与唤醒的机制，让线程在处理IterruptedException时，结束线程。

 1 public class StopThreadSample {
 2 
 3     public static void main(String[] args) throws InterruptedException
 4     {
 5         stopTest();
 6     }
 7     
 8     private static void stopTest() throws InterruptedException
 9     {
10         Thread thread = new Thread()
11         {
12             public void run()
13             {
14                 System.out.println("线程运行中。");
15                 try
16                 {
17                     Thread.sleep(1*60*1000);
18                 }
19                 catch(InterruptedException ex)
20                 {
21                     System.out.println("线程中断，结束线程");
22                     return;
23                 }
24                 System.out.println("线程正常结束。");
25             }
26         };
27         thread.start();
28         Thread.sleep(500);
29         thread.interrupt();
30     }
31 }

　　线程的同步等待

　　当我们在主线程中创建了10个子线程，然后我们期望10个子线程全部结束后，主线程在执行接下来的逻辑，这时，就该Thread.join登场了。

 1 public class JoinSample {
 2 
 3     public static void main(String[] args) throws InterruptedException
 4     {
 5         joinTest();
 6     }
 7     
 8     private static void joinTest() throws InterruptedException
 9     {
10         Thread thread = new Thread()
11         {
12             public void run()
13             {
14                 try
15                 {
16                     for(int i = 0; i < 5; i++)
17                     {
18                         System.out.println("线程在运行。");
19                         Thread.sleep(1000);
20                     }
21                 }
22                 catch(InterruptedException ex)
23                 {
24                     ex.printStackTrace();
25                 }
26             }
27         };
28         thread.setDaemon(true);
29         thread.start();
30         Thread.sleep(1000);
31         thread.join();
32         System.out.println("主线程正常结束。");
33     }
34 }

　　我们可以试着将thread.join();注释或者删除，再次运行程序，就可以发现不同了。

　　线程间通信

　　我们知道，一个进程下面的所有线程是共享内存空间的，那么我们如何在不同的线程之间传递消息呢？在回顾 Java I/O时，我们谈到了PipedStream和PipedReader，这里，就是它们发挥作用的地方了。

　　下面的两个示例，功能完全一样，不同的是一个使用Stream，一个使用Reader/Writer。

 1 public static void communicationTest() throws IOException, InterruptedException
 2 {
 3     final PipedOutputStream pos = new PipedOutputStream();
 4     final PipedInputStream pis = new PipedInputStream(pos);
 5     
 6     Thread thread1 = new Thread()
 7     {
 8         public void run()
 9         {
10             BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
11             try
12             {
13                 while(true)
14                 {
15                     String message = br.readLine();
16                     pos.write(message.getBytes());
17                     if (message.equals("end")) break;
18                 }
19                 br.close();
20                 pos.close();
21             }
22             catch(Exception ex)
23             {
24                 ex.printStackTrace();
25             }
26         }
27     };
28     
29     Thread thread2 = new Thread()
30     {
31         public void run()
32         {
33             byte[] buffer = new byte[1024];
34             int bytesRead = 0;
35             try
36             {
37                 while((bytesRead = pis.read(buffer, 0, buffer.length)) != -1)
38                 {
39                     System.out.println(new String(buffer));
40                     if (new String(buffer).equals("end")) break;
41                     buffer = null;
42                     buffer = new byte[1024];
43                 }
44                 pis.close();
45                 buffer = null;
46             }
47             catch(Exception ex)
48             {
49                 ex.printStackTrace();
50             }
51         }
52     };
53     
54     thread1.setDaemon(true);
55     thread2.setDaemon(true);
56     thread1.start();
57     thread2.start();
58     thread1.join();
59     thread2.join();
60 }

 1 private static void communicationTest2() throws InterruptedException, IOException
 2 {
 3     final PipedWriter pw = new PipedWriter();
 4     final PipedReader pr = new PipedReader(pw);
 5     final BufferedWriter bw = new BufferedWriter(pw);
 6     final BufferedReader br = new BufferedReader(pr);
 7     
 8     Thread thread1 = new Thread()
 9     {
10         public void run()
11         {
12             
13             BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
14             try
15             {
16                 while(true)
17                 {
18                     String message = br.readLine();
19                     bw.write(message);
20                     bw.newLine();
21                     bw.flush();
22                     if (message.equals("end")) break;
23                 }
24                 br.close();
25                 pw.close();
26                 bw.close();
27             }
28             catch(Exception ex)
29             {
30                 ex.printStackTrace();
31             }
32         }
33     };
34     
35     Thread thread2 = new Thread()
36     {
37         public void run()
38         {
39             
40             String line = null;
41             try
42             {
43                 while((line = br.readLine()) != null)
44                 {
45                     System.out.println(line);
46                     if (line.equals("end")) break;
47                 }
48                 br.close();
49                 pr.close();
50             }
51             catch(Exception ex)
52             {
53                 ex.printStackTrace();
54             }
55         }
56     };
57     
58     thread1.setDaemon(true);
59     thread2.setDaemon(true);
60     thread1.start();
61     thread2.start();
62     thread1.join();
63     thread2.join();
64 }

posted @ 2013-11-26 14:22 brave-sailor 阅读(345) 评论(0) 编辑收藏举报

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Java回顾之多线程

线程基本信息

如何创建线程

使用内部类来创建线程

继承Thread以创建线程

实现Runnable接口以创建线程

线程的状态切换

线程等待与唤醒

线程的休眠与唤醒

线程的终止

线程的同步等待

线程间通信

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