前言
Java 給多線程編程提供了內置的支持。 一條線程指的是進程中一個單一順序的控制流,一個進程中可以並發多個線程,每條線程並行執行不同的任務。
多線程是多任務的一種特別的形式,但多線程使用了更小的資源開銷。
這裡定義和線程相關的另一個術語 - 進程:一個進程包括由作業系統分配的內存空間,包含一個或多個線程。一個線程不能獨立的存在,它必須是進程的一部分。一個進程一直運行,直到所有的非守護線程都結束運行後才能結束。
多線程能滿足程式設計師編寫高效率的程序來達到充分利用 CPU 的目的。
一、一個線程的生命周期
線程是一個動態執行的過程,它也有一個從產生到死亡的過程。
下圖顯示了一個線程完整的生命周期。
1. 新建狀態:
使用 new 關鍵字和 Thread 類或其子類建立一個線程對象後,該線程對象就處於新建狀態。它保持這個狀態直到程序 start() 這個線程。
2. 就緒狀態:
當線程對象調用了start()方法之後,該線程就進入就緒狀態。就緒狀態的線程處於就緒隊列中,要等待JVM里線程調度器的調度。
3. 運行狀態: 如果就緒狀態的線程獲取 CPU 資源,就可以執行 run(),此時線程便處於運行狀態。處於運行狀態的線程最為複雜,它可以變為阻塞狀態、就緒狀態和死亡狀態。
4. 阻塞狀態:
如果一個線程執行了sleep(睡眠)、suspend(掛起)等方法,失去所占用資源之後,該線程就從運行狀態進入阻塞狀態。在睡眠時間已到或獲得設備資源後可以重新進入就緒狀態。可以分為三種:
- 等待阻塞:運行狀態中的線程執行 wait() 方法,使線程進入到等待阻塞狀態。
- 同步阻塞:線程在獲取 synchronized 同步鎖失敗(因為同步鎖被其他線程占用)。
- 其他阻塞:通過調用線程的 sleep() 或 join() 發出了 I/O 請求時,線程就會進入到阻塞狀態。當sleep() 狀態超時,join() 等待線程終止或超時,或者 I/O 處理完畢,線程重新轉入就緒狀態。
5. 死亡狀態: 一個運行狀態的線程完成任務或者其他終止條件發生時,該線程就切換到終止狀態。
二、線程的優先級
每一個 Java 線程都有一個優先級,這樣有助於作業系統確定線程的調度順序。
Java 線程的優先級是一個整數,其取值範圍是 1 (Thread.MIN_PRIORITY ) - 10 (Thread.MAX_PRIORITY )。
默認情況下,每一個線程都會分配一個優先級 NORM_PRIORITY(5)。
具有較高優先級的線程對程序更重要,並且應該在低優先級的線程之前分配處理器資源。但是,線程優先級不能保證線程執行的順序,而且非常依賴於平台。
三、創建一個線程
Java 提供了三種創建線程的方法:
- 通過實現 Runnable 接口;
- 通過繼承 Thread 類本身;
- 通過 Callable 和 Future 創建線程。
四、通過實現 Runnable 接口來創建線程
創建一個線程,最簡單的方法是創建一個實現 Runnable 接口的類。
為了實現 Runnable,一個類只需要執行一個方法調用 run(),聲明如下:
public void run()
你可以重寫該方法,重要的是理解的 run() 可以調用其他方法,使用其他類,並聲明變量,就像主線程一樣。
在創建一個實現 Runnable 接口的類之後,你可以在類中實例化一個線程對象。
Thread 定義了幾個構造方法,下面的這個是我們經常使用的:
Thread(Runnable threadOb,String threadName);
這裡,threadOb 是一個實現 Runnable 接口的類的實例,並且 threadName 指定新線程的名字。
新線程創建之後,你調用它的 start() 方法它才會運行。
void start();
下面是一個創建線程並開始讓它執行的實例:
實例
class RunnableDemo implements Runnable {
private Thread t;
private String threadName;
RunnableDemo( 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);
// 讓線程睡眠一會
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[]) {
RunnableDemo R1 = new RunnableDemo( "Thread-1");
R1.start();
RunnableDemo R2 = new RunnableDemo( "Thread-2");
R2.start();
}
}
編譯以上程序運行結果如下:
Creating Thread-1
Starting Thread-1
Creating Thread-2
Starting Thread-2
Running Thread-1
Thread: Thread-1, 4
Running Thread-2
Thread: Thread-2, 4
Thread: Thread-1, 3
Thread: Thread-2, 3
Thread: Thread-1, 2
Thread: Thread-2, 2
Thread: Thread-1, 1
Thread: Thread-2, 1
Thread Thread-1 exiting.
Thread Thread-2 exiting.
五、通過繼承Thread來創建線程
創建一個線程的第二種方法是創建一個新的類,該類繼承 Thread 類,然後創建一個該類的實例。
繼承類必須重寫 run() 方法,該方法是新線程的入口點。它也必須調用 start() 方法才能執行。
該方法儘管被列為一種多線程實現方式,但是本質上也是實現了 Runnable 接口的一個實例。
實例
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);
// 讓線程睡眠一會
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();
}
}
編譯以上程序運行結果如下:
Creating Thread-1
Starting Thread-1
Creating Thread-2
Starting Thread-2
Running Thread-1
Thread: Thread-1, 4
Running Thread-2
Thread: Thread-2, 4
Thread: Thread-1, 3
Thread: Thread-2, 3
Thread: Thread-1, 2
Thread: Thread-2, 2
Thread: Thread-1, 1
Thread: Thread-2, 1
Thread Thread-1 exiting.
Thread Thread-2 exiting.
六、Thread 方法
下表列出了Thread類的一些重要方法:
測試線程是否處於活動狀態。 上述方法是被Thread對象調用的。下面的方法是Thread類的靜態方法。
實例
如下的ThreadClassDemo 程序演示了Thread類的一些方法:
DisplayMessage.java 文件代碼:
// 文件名 : DisplayMessage.java
// 通過實現 Runnable 接口創建線程
public class DisplayMessage implements Runnable {
private String message;
public DisplayMessage(String message) {
this.message = message;
}
public void run() {
while(true) {
System.out.println(message);
}
}
}
GuessANumber.java 文件代碼:
// 文件名 : GuessANumber.java
// 通過繼承 Thread 類創建線程
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() + " guesses " + guess);
counter++;
} while(guess != number);
System.out.println("** Correct!" + this.getName() + "in" + counter + "guesses.**");
}
}
ThreadClassDemo.java 文件代碼:
// 文件名 : ThreadClassDemo.java
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() is ending...");
}
}
運行結果如下,每一次運行的結果都不一樣。
Starting hello thread...
Starting goodbye thread...
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Goodbye
Goodbye
Goodbye
Goodbye
Goodbye
.......
七、通過 Callable 和 Future 創建線程
- 創建 Callable 接口的實現類,並實現 call() 方法,該 call() 方法將作為線程執行體,並且有返回值。
- 創建 Callable 實現類的實例,使用 FutureTask 類來包裝 Callable 對象,該 FutureTask 對象封裝了該 Callable 對象的 call() 方法的返回值。
- 使用 FutureTask 對象作為 Thread 對象的 target 創建並啟動新線程。
- 調用 FutureTask 對象的 get() 方法來獲得子線程執行結束後的返回值。
實例
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()+" 的循環變量i的值"+i);
if(i==20)
{
new Thread(ft,"有返回值的線程").start();
}
}
try
{
System.out.println("子線程的返回值:"+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;
}
}
八、創建線程的三種方式的對比
- 採用實現 Runnable、Callable 接口的方式創建多線程時,線程類只是實現了 Runnable 接口或 Callable 接口,還可以繼承其他類。
- 使用繼承 Thread 類的方式創建多線程時,編寫簡單,如果需要訪問當前線程,則無需使用 Thread.currentThread() 方法,直接使用 this 即可獲得當前線程。
九、線程的幾個主要概念
在多線程編程時,你需要了解以下幾個概念:
- 線程同步
- 線程間通信
- 線程死鎖
- 線程控制:掛起、停止和恢復
十、多線程的使用
有效利用多線程的關鍵是理解程序是並發執行而不是串行執行的。例如:程序中有兩個子系統需要並發執行,這時候就需要利用多線程編程。
通過對多線程的使用,可以編寫出非常高效的程序。不過請注意,如果你創建太多的線程,程序執行的效率實際上是降低了,而不是提升了。
請記住,上下文的切換開銷也很重要,如果你創建了太多的線程,CPU 花費在上下文的切換的時間將多於執行程序的時間!
原文轉自:https://www.jianshu.com/p/53a57d7d0bfc