【Java多线程-1】线程概述与线程创建和使用

朱雀 2023-10-08 09:13 65阅读 0赞

#### 线程概述与线程创建和使用 ####

*  1 线程概述
 *   *  1.1 线程生命周期
 *  2 多线程实现方式
 *   *  2.1 继承Thread
     *  2.2 实现Runnable
     *  2.3 通过 Callable 和 Future 创建线程
 *  3 线程的控制（常见方法）

说到程序，离不开进程和线程这两个概念。那么这两者分别有什么作用和区别呢？

## 1 线程概述 ##

**进程**是表示资源分配的基本单位，又是调度运行的基本单位。例如，用户运行自己的程序，系统就创建一个进程，并为它分配资源，包括各种表格、内存空间、磁盘空间、I/O设备等。然后，把该进程放人进程的就绪队列。进程调度程序选中它，为它分配CPU以及其它有关资源，该进程才真正运行。所以，进程是系统中的并发执行的单位。如下图所示，在 windows 中通过查看任务管理器的方式，我们就可以清楚看到 window 当前运行的进程（.exe文件的运行）。  
![在这里插入图片描述][20191102171113712.png]  
**线程**是进程中执行运算的最小单位，亦即执行处理机调度的基本单位。如果把进程理解为在逻辑上操作系统所完成的任务，那么线程表示完成该任务的许多可能的子任务之一。例如，假设用户启动了一个窗口中的数据库应用程序，操作系统就将对数据库的调用表示为一个进程。假设用户要从数据库中产生一份工资单报表，并传到一个文件中，这是一个子任务；在产生工资单报表的过程中，用户又可以输人数据库查询请求，这又是一个子任务。这样，操作系统则把每一个请求――工资单报表和新输人的数据查询表示为数据库进程中的独立的线程。线程可以在处理器上独立调度执行，这样，在多处理器环境下就允许几个线程各自在单独处理器上进行。操作系统提供线程就是为了方便而有效地实现这种并发性。

一个cpu在任意时刻，只能执行一个线程任务，我们平时一边浏览网页，一边听音乐的场景其实是依赖cpu高速地线程间切换实现地，这也引出了一组容易混淆地概念：**并发(Concurrency)和并行(Parallelism)**。  
它们都可以表示两个或者多个任务一起执行，但是偏重点有些不同。并发偏重于多个任务交替执行，而多个任务之间有可能还是串行的，而并行是真正意义上的“同时执行”，它依赖于多核cpu而实现。

引入线程的好处：

*  易于调度。
 *  提高并发性。通过线程可方便有效地实现并发性。进程可创建多个线程来执行同一程序的不同部分。
 *  开销少。创建线程比创建进程要快，所需开销很少。
 *  利于充分发挥多处理器的功能。通过创建多线程进程（即一个进程可具有两个或更多个线程），每个线程在一个处理器上运行，从而实现应用程序的并发性，使每个处理器都得到充分运行。

进程和线程的关系：

*  一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。线程是操作系统可识别的最小执行和调度单位。
 *  资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。 同一进程中的多个线程共享代码段(代码和常量)，数据段(全局变量和静态变量)，扩展段(堆存储)。但是每个线程拥有自己的栈段，栈段又叫运行时段，用来存放所有局部变量和临时变量。
 *  处理机分给线程，即真正在处理机上运行的是线程。
 *  线程在执行过程中，需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。

### 1.1 线程生命周期 ###

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：  
![在这里插入图片描述][2019110217044331.png]

1.  **新建状态**：New，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。
2.  **就绪状态**：Runnable，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。
3.  **运行状态**：Running，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。
4.  **阻塞状态**：Blocked，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。
     *  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 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。
5.  **死亡状态**：Dead，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。

## 2 多线程实现方式 ##

Java 提供了三种创建线程的方法：

*  通过继承 Thread 类本身。
 *  通过实现 Runnable 接口。
 *  通过 Callable 和 Future 创建线程。

### 2.1 继承Thread ###

创建一个线程的第一种方法是创建一个类并继承 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。  
请看下面实例：

/**
     * @author guozhengMu
     * @version 1.0
     * @date 2019/11/2 14:31
     * @description
     * @modify
     */
    public class ThreadTest {
        
        public static void main(String[] args) {
        
    
            MyThread thread1 = new MyThread("Thread-A");
            MyThread thread2 = new MyThread("Thread-B");
            System.out.println();
            thread1.start();
            thread2.start();
        }
    }
    
    class MyThread extends Thread {
        
        private String name;
    
        public MyThread(String name) {
        
            this.name = name;
            System.out.println("创建线程 " + name);
        }
    
        @Override
        public void run() {
        
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
        
                System.out.println("运行线程 " + name + " " + i);
                // 线程休眠，增强线程交互执行的效果
                try {
        
                    sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("\r\n退出线程 " + name);
        }
    }

运行结果如下：

创建线程 Thread-A
    创建线程 Thread-B
    
    运行线程 Thread-B 0
    运行线程 Thread-A 0
    运行线程 Thread-A 1
    运行线程 Thread-B 1
    运行线程 Thread-A 2
    运行线程 Thread-B 2
    
    退出线程 Thread-B
    
    退出线程 Thread-A

多运行几次，会发现运行线程部分的结果是随机的，这也印证了多线程执行顺序的不确定性。

### 2.2 实现Runnable ###

创建一个线程第二种方法是创建一个实现 Runnable 接口的类。

/**
     * @author guozhengMu
     * @version 1.0
     * @date 2019/11/2 14:31
     * @description
     * @modify
     */
    public class ThreadTest {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            MyRunnable runnable1 = new MyRunnable("Thread-A");
            MyRunnable runnable2 = new MyRunnable("Thread-B");
            System.out.println();
            runnable1.start();
            runnable2.start();
        }
    }
    
    class MyRunnable implements Runnable {
        
        private Thread thread;
        private String name;
    
        public MyRunnable(String name) {
        
            this.name = name;
            System.out.println("创建线程 " + name);
        }
    
        @Override
        public void run() {
        
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
        
                System.out.println("运行线程 " + name + " " + i);
                // 线程休眠，增强线程交互执行的效果
                try {
        
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("\r\n退出线程 " + name);
        }
    
        public void start() {
        
            System.out.println("启动线程 " + name);
            if (thread == null) {
        
                thread = new Thread(this, name);
                thread.start();
            }
        }
    }

运行结果：

创建线程 Thread-A
    创建线程 Thread-B
    
    启动线程 Thread-A
    启动线程 Thread-B
    运行线程 Thread-B 0
    运行线程 Thread-A 0
    运行线程 Thread-A 1
    运行线程 Thread-B 1
    运行线程 Thread-B 2
    运行线程 Thread-A 2
    
    退出线程 Thread-A
    
    退出线程 Thread-B

### 2.3 通过 Callable 和 Future 创建线程 ###

第三种方法是通过 Callable 和 Future 创建线程，前面两种都是无返回值，而这种方法适合获取线程执行结果。基本步骤如下：

1.  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。
2.  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。
3.  使用 FutureTask 对象作为 Thread 对象的 target 创建并启动新线程。
4.  调用 FutureTask 对象的 get() 方法来获得子线程执行结束后的返回值。

/**
     * @author guozhengMu
     * @version 1.0
     * @date 2019/11/2 18:36
     * @description
     * @modify
     */
    public class CallableTest implements Callable<Integer> {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            CallableTest callableTest = new CallableTest();
            FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<>(callableTest);
    
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
        
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 的变量i的值" + i);
                if (i == 5) {
        
                    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() {
        
            int i = 0;
            for (; i < 10; i++) {
        
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-" + i);
            }
            return i;
        }
    }

输出结果：

main 的变量i的值0
    main 的变量i的值1
    main 的变量i的值2
    main 的变量i的值3
    main 的变量i的值4
    main 的变量i的值5
    main 的变量i的值6
    main 的变量i的值7
    main 的变量i的值8
    main 的变量i的值9
    有返回值的线程-0
    有返回值的线程-1
    有返回值的线程-2
    有返回值的线程-3
    有返回值的线程-4
    有返回值的线程-5
    有返回值的线程-6
    有返回值的线程-7
    有返回值的线程-8
    有返回值的线程-9
    子线程的返回值：10

## 3 线程的控制（常见方法） ##

下表列出了Thread类的一些重要方法：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>public void run()</td> 
   <td>使该线程开始执行；Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>public void start()</td> 
   <td>使该线程开始执行；Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>public final void setName(String name)</td> 
   <td>改变线程名称，使之与参数 name 相同。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>public final void setPriority(int priority)</td> 
   <td>更改线程的优先级。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>public final void setDaemon(boolean on)</td> 
   <td>将该线程标记为守护线程或用户线程。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>public final void join(long millisec)</td> 
   <td>等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>public void interrupt()</td> 
   <td>中断线程。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>public final boolean isAlive()</td> 
   <td>测试线程是否处于活动状态。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>public static void yield()</td> 
   <td>让当前运行线程回到可运行状态，以允许具有相同优先级的其他线程获得运行机会。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>public static void sleep(long millisec)</td> 
   <td>在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行），此操作受到系统计时器和调度程序精度和准确性的影响。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>public static Thread currentThread()</td> 
   <td>返回对当前正在执行的线程对象的引用。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>public static boolean holdsLock(Object x)</td> 
   <td>当且仅当当前线程在指定的对象上保持监视器锁时，才返回 true。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>public static void dumpStack()</td> 
   <td>将当前线程的堆栈跟踪打印至标准错误流。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

一些重要方法的使用实例待完善…

[20191102171113712.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/20191102171113712.png
[2019110217044331.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/2019110217044331.png