Java 多线程创建和线程状态

　　一、进程和线程

　　多任务操作系统中，每个运行的任务是操作系统运行的独立程序。

 

　　为什么引进进程的概念？

　　为了使得程序能并发执行，并对并发执行的程序加以描述和控制。

　　因为通常的程序不能并发执行，为使程序（含数据）能独立运行，为它配置PCB——描述和和控制进程的的运行。

 

　　PCB记录了了操作系统所需的、用于描述进程的当前情况以及控制进程运行的全部信息。

　　PCB是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位、一个能与其它进程并发执行的基本单位。

　　OS是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理。

　　所谓创建进程，实际上是创建进程实体中的PCB；撤销进程，实质上是撤销进程的PCB。　　

　　

 

　　程序：只是一组有序指令的集合，存放于某种介质上，本身是静态的。

　　进程实体：由程序段、相关数据段和PCB组成。是动态的，有生命周期。

　　进程的实质是进程实体的一次执行过程。

　　进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

 

　　1、进程

　　进程是操作系统任务调度的单位，每个任务对应一个进程。

　　进程是操作系统的资源管理单位，进程包含代码和数据的地址空间以及其他的资源，比如打开的文件和信号量。不同的进程的地址空间是相互隔离的。

　　应用程序在启动后会创建一个进程，系统需要为进程分配ID号和内存。

 

　　2、线程介绍

　　线程是比进程更小的调度单位，它依附于进程存在，多线程是在一个进程内执行多段代码序列。

　　线程有自己的程序计数器、寄存器、栈等。

　　引入线程的动机在于操作系统中阻塞式I/O的存在，当一个线程所执行的I/O被阻塞的时候，同一进程中的其他线程可以使用处理器执行计算，从而提高程序的执行效率。

 

　　3、进程和线程比较

　　为什么不使用多进程？

　　进程的调度代价高，而多线程的调度代价小，更高效。

 　　为什么线程间通信效率高？

       进程中的多个线程共享进程的内存空间，当有新的线程产生时，操作系统不分配新的内存，而是让新线程共享原有进程块的内存。因此，线程间通信效率高。

 

　　4、JVM中的进程和线程

　　Java程序都运行在JVM中，每启动一个应用程序，就会启动一个JVM进程。在JVM环境中，所有的程序代码的执行都以线程实现。

       Thread类提供多线程支持，应用可以创建多个并发执行的线程。

       应用总是从main()方法开始运行，main()方法运行在一个线程内，称为主线程。

　　每个线程都有一个调用栈，一旦创建一个新的线程，就产生一个新的调用栈

 

　　5、应用中可以创建两类线程：用户线程和守护线程。

　　用户线程执行完毕时，JVM自动关闭当前程序。

　　守护线程独立于JVM，守护线程一般是由操作系统或者用户自己创建的，

 

　　二、创建线程

　　继承Thread类，实现Runnable接口和使用Timer类。

　　1、继承Thread类

　　Thread类实例只是一个对象，有变量和方法，创建于堆内存上，具有生命周期，可以与其他线程对象通信并协作完成特定任务。

　　线程动作放在Thread中的run()方法，它代表了线程需要完成的具体任务，因此，run()被称为线程体~

　　run()不是自动执行的，为了让run()执行必须调用Thread类的start()方法，调用start()方法的目的是创建新线程并执行该线程对象的run()方法，新线程与启动它的线程将并发执行。start()方法启动后立即返回，并不等待新建线程的执行，这意味着新建线程的run()方法在调用start()方法后不一定立即执行，需要等待JVM的调度。这种多线程之间的不确定性，是并发编程的难点所在。

public class InheritThread extends Thread {
    private String name;
    public InheritThread(String name){
        this.name=name;
    }
    public void run(){
        int c=0;
        while(c<5){
            System.out.println("Greetings from thread '"+name+"'!");
            c++;
        }
    }
}

class Main {
    public static void main(String args[]) {
        InheritThread greetingsA = new InheritThread("Inherited");
        greetingsA.start();//创建新的线程
        System.out.println("Thread has been started!");

    }
}

 　

　　2、实现Runnable接口

　　定义实现java.lang.Runnable接口的类，并实现该接口的run()方法，在run()中编写线程执行代码。

public class RunnableThread implements Runnable{
    private String name;
    public RunnableThread(String name){
        this.name=name;
    }
    public void run(){
        System.out.println("Greetings from runnable'"+name+";!");
    }
}

class Main {
    public static void main(String args[]) {
/*创建线程，需要利用RunnableThread对象生成一个Tread类的对象，然后调用start()*/
        RunnableThread greetingsB=new RunnableThread("runnable");
        Thread greetingsThread=new Thread(greetingsB);
        greetingsThread.start();
    }
}

　　这种方式的好处是，任何对象都可以实现Runnable接口，从而不受Java单继承泛型的限制。run()方法能访问类中所有的变量和方法，包括私有变量和方法。这种方式的缺点是，违反了每个对象应该有一个单一的、明确的职责的原则

　　

　　3、使用Timer类和TimerTask类

　　Timer是一种线程设施，用于安排以后在后台线程中执行的任务。可安排任务执行一次，或者定期重复执行，可以看成一个定时器，可以调度TimerTask。

　　TimerTask是一个抽象类，实现了Runnable接口，所以具备了多线程的能力。

　　一个Timer可以调度任意多个TimerTask，它会将TimerTask存储在一个队列中，顺序调度，如果想两个TimerTask并发执行，则需要创建两个Timer。看一个简单的例子：

import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
class PaintTask extends TimerTask{
    public void run(){
        System.out.println("update");
        System.out.println("repaint");
    }
}

public class TimeDemo {
    public static void main(String args[]){
        Timer timer=new Timer();
        timer.schedule(new PaintTask(),1000,1*1000);　　/*1秒后执行，周期为1秒*/
    }
}

　　我们用其它方法实现同样的功能：

/*在线程的run()中执行循环，并休眠30ms，唤醒后调用更新和重绘*/
public class Animator extends Thread{
    public void run(){
        while(true){
            try{
                Thread.sleep(2000);
            }
            catch (InterruptedException e){
                System.out.println("Thread is interrupted"+e.getMessage());
            }
            updateForNextFrame();
            repaint();
        }
    }
    private void repaint(){
        System.out.println("repaint");
    }
    private void updateForNextFrame(){
        System.out.println("update");
    }
    public static void main(String args[]){
        Animator animator=new Animator();
        animator.start();//会调用run方法
        System.out.println("Thread has been started!");
    }
}

 

　　三、线程状态的转换

　　1、JVM的线程调度

　　 线程调度是指按照一定的策略为多个线程分配CPU的使用权。

　　分时调度：所有线程轮流获得CPU的使用权，并平均分配占用时间。

　　抢占式调度：根据线程的优先级别来获取CPU使用权，这也是JVM采用的策略。

 

　　2、线程的5种状态

　　新建（new）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、死亡（Dead）。

　　阻塞意味着等待，阻塞的线程不参与线程调度，自然不占用CPU。多线程环境下，非阻塞的线程才能被调度运行。

　　新线程在start()方法被调用后就进入就绪状态，随着JVM调度的程序状态的改变在运行和就绪之间切换。遇到阻塞进入阻塞状态，当run()方法结束或发生异常线程终止执行，进入死亡状态。

 

　　3、使线程离开当前运行状态的情况有三种：

　　(1) 线程的run()方法执行完毕；

　　(2) 在对象上调用wait()方法（不是在线程上调用）；

　　(3) 线程试图调用对象的方法时不能在对象上获得锁

 

　　4、线程状态的转换

　　线程的调度程序是JVM的一部分，JVM可以决定将当前运行状态线程切换到就绪状态，以便让另一个线程获得运行机会，而不需要任何理由。对于处于就绪状态的线程，他们被选择执行的顺序是没有保障的。对于任何一组启动的线程来说，JVM不能保证其执行次序，持续时间也不能保证。

　　线程状态及转换：

 

　　5、关于线程的阻塞状态

　　阻塞状态是线程因为某种原因放弃了CPU使用权，暂时停止运行，直到线程进入就绪状态。

　　阻塞情况分为3种：

　　（1）等待阻塞：运行的线程执行了wait()方法，JVM把该线程放入等待池中。

　　（2）同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池。

　　（3）其他阻塞：运行的线程执行sleep()或join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()方法状态超时、join()方法等待线程终止或超时、或者IO处理完毕时，线程重新转入就绪状态。