Java多线程编程

线程与进程

1. 线程：进程中负责程序执行的执行单元
   线程本身依靠程序进行运行
   线程是程序中的顺序控制流，只能使用分配给程序的资源和环境
2. 进程：执行中的程序
   一个进程至少包含一个线程
3. 单线程：程序中只存在一个线程，实际上主方法就是一个主线程
4. 多线程：在一个程序中运行多个任务,目的是更好地使用CPU资源

线程的实现

继承Thread类
在java.lang包中定义, 继承Thread类必须重写run()方法

class MyThread extends Thread{    private static int num = 0;    public MyThread(){        num++;    }    @Override    public void run() {        System.out.println("主动创建的第"+num+"个线程");    }}

创建好了自己的线程类之后，就可以创建线程对象了，然后通过start()方法去启动线程。注意，不是调用run()方法启动线程，run方法中只是定义需要执行的任务，如果调用run方法，即相当于在主线程中执行run方法，跟普通的方法调用没有任何区别，此时并不会创建一个新的线程来执行定义的任务。

public class Test {    public static void main(String[] args)  {        MyThread thread = new MyThread();        thread.start();    }}class MyThread extends Thread{    private static int num = 0;    public MyThread(){        num++;    }    @Override    public void run() {        System.out.println("主动创建的第"+num+"个线程");    }}

在上面代码中，通过调用start()方法，就会创建一个新的线程了。为了分清start()方法调用和run()方法调用的区别，请看下面一个例子：

public class Test {    public static void main(String[] args)  {        System.out.println("主线程ID:"+Thread.currentThread().getId());        MyThread thread1 = new MyThread("thread1");        thread1.start();        MyThread thread2 = new MyThread("thread2");        thread2.run();    }}class MyThread extends Thread{    private String name;    public MyThread(String name){        this.name = name;    }    @Override    public void run() {        System.out.println("name:"+name+" 子线程ID:"+Thread.currentThread().getId());    }}

运行结果：

从输出结果可以得出以下结论：

1）thread1和thread2的线程ID不同，thread2和主线程ID相同，说明通过run方法调用并不会创建新的线程，而是在主线程中直接运行run方法，跟普通的方法调用没有任何区别；

2）虽然thread1的start方法调用在thread2的run方法前面调用，但是先输出的是thread2的run方法调用的相关信息，说明新线程创建的过程不会阻塞主线程的后续执行。

实现Runnable接口
在Java中创建线程除了继承Thread类之外，还可以通过实现Runnable接口来实现类似的功能。实现Runnable接口必须重写其run方法。
下面是一个例子：

public class Test {    public static void main(String[] args)  {        System.out.println("主线程ID："+Thread.currentThread().getId());        MyRunnable runnable = new MyRunnable();        Thread thread = new Thread(runnable);        thread.start();    }} class MyRunnable implements Runnable{    public MyRunnable() {    }   @Override    public void run() {        System.out.println("子线程ID："+Thread.currentThread().getId());    }}

Runnable的中文意思是“任务”，顾名思义，通过实现Runnable接口，我们定义了一个子任务，然后将子任务交由Thread去执行。注意，这种方式必须将Runnable作为Thread类的参数，然后通过Thread的start方法来创建一个新线程来执行该子任务。如果调用Runnable的run方法的话，是不会创建新线程的，这根普通的方法调用没有任何区别。

事实上，查看Thread类的实现源代码会发现Thread类是实现了Runnable接口的。

在Java中，这2种方式都可以用来创建线程去执行子任务，具体选择哪一种方式要看自己的需求。直接继承Thread类的话，可能比实现Runnable接口看起来更加简洁，但是由于Java只允许单继承，所以如果自定义类需要继承其他类，则只能选择实现Runnable接口。

线程的状态

在正式学习Thread类中的具体方法之前，我们先来了解一下线程有哪些状态，这个将会有助于后面对Thread类中的方法的理解。

• 创建（new）状态: 准备好了一个多线程的对象
• 就绪（runnable）状态: 调用了start()方法, 等待CPU进行调度
• 运行（running）状态: 执行run()方法
• 阻塞（blocked）状态: 暂时停止执行, 可能将资源交给其它线程使用
• 终止（dead）状态: 线程销毁

当需要新起一个线程来执行某个子任务时，就创建了一个线程。但是线程创建之后，不会立即进入就绪状态，因为线程的运行需要一些条件（比如内存资源，在前面的JVM内存区域划分一篇博文中知道程序计数器、Java栈、本地方法栈都是线程私有的，所以需要为线程分配一定的内存空间），只有线程运行需要的所有条件满足了，才进入就绪状态。

当线程进入就绪状态后，不代表立刻就能获取CPU执行时间，也许此时CPU正在执行其他的事情，因此它要等待。当得到CPU执行时间之后，线程便真正进入运行状态。

线程在运行状态过程中，可能有多个原因导致当前线程不继续运行下去，比如用户主动让线程睡眠（睡眠一定的时间之后再重新执行）、用户主动让线程等待，或者被同步块给阻塞，此时就对应着多个状态：time waiting（睡眠或等待一定的事件）、waiting（等待被唤醒）、blocked（阻塞）。

当由于突然中断或者子任务执行完毕，线程就会被消亡。

下面这副图描述了线程从创建到消亡之间的状态：

注:
sleep和wait的区别:

sleep是Thread类的方法,wait是Object类中定义的方法. Thread.sleep不会导致锁行为的改变,如果当前线程是拥有锁的, 那么Thread.sleep不会让线程释放锁.
Thread.sleep和Object.wait都会暂停当前的线程. OS会将执行时间分配给其它线程. 区别是, 调用wait后,需要别的线程执行notify/notifyAll才能够重新获得CPU执行时间.

上下文切换
对于单核CPU来说（对于多核CPU，此处就理解为一个核），CPU在一个时刻只能运行一个线程，当在运行一个线程的过程中转去运行另外一个线程，这个叫做线程上下文切换（对于进程也是类似）。

由于可能当前线程的任务并没有执行完毕，所以在切换时需要保存线程的运行状态，以便下次重新切换回来时能够继续切换之前的状态运行。举个简单的例子：比如一个线程A正在读取一个文件的内容，正读到文件的一半，此时需要暂停线程A，转去执行线程B，当再次切换回来执行线程A的时候，我们不希望线程A又从文件的开头来读取。

因此需要记录线程A的运行状态，那么会记录哪些数据呢？因为下次恢复时需要知道在这之前当前线程已经执行到哪条指令了，所以需要记录程序计数器的值，另外比如说线程正在进行某个计算的时候被挂起了，那么下次继续执行的时候需要知道之前挂起时变量的值时多少，因此需要记录CPU寄存器的状态。所以一般来说，线程上下文切换过程中会记录程序计数器、CPU寄存器状态等数据。

说简单点的：对于线程的上下文切换实际上就是 存储和恢复CPU状态的过程，它使得线程执行能够从中断点恢复执行。

虽然多线程可以使得任务执行的效率得到提升，但是由于在线程切换时同样会带来一定的开销代价，并且多个线程会导致系统资源占用的增加，所以在进行多线程编程时要注意这些因素。

线程的常用方法

• public void start() 使该线程开始执行；Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。
• public void run() 如果该线程是使用独立的 Runnable 运行对象构造的，则调用该 Runnable 对象的 run方法；否则，该方法不执行任何操作并返回。
• public final void setName(String name) 改变线程名称，使之与参数 name 相同。
• public final void setPriority(int priority) 更改线程的优先级。
• public final void setDaemon(boolean on) 将该线程标记为守护线程或用户线程。
• public final void join(long millisec) 等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。
• public void interrupt() 中断线程。
• public final boolean isAlive() 测试线程是否处于活动状态。
• public static void yield() 暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。
• public static void sleep(long millisec) 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。
• public static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用。

静态方法
currentThread()方法
currentThread()方法可以返回代码段正在被哪个线程调用的信息。

public class Run1{    public static void main(String[] args){                     System.out.println(Thread.currentThread().getName());    }}

sleep()方法
方法sleep()的作用是在指定的毫秒数内让当前“正在执行的线程”休眠（暂停执行）。这个“正在执行的线程”是指this.currentThread()返回的线程。

sleep方法有两个重载版本：

sleep(long millis) //参数为毫秒
sleep(long millis,int nanoseconds) //第一参数为毫秒，第二个参数为纳秒
sleep相当于让线程睡眠，交出CPU，让CPU去执行其他的任务。
但是有一点要非常注意，sleep方法不会释放锁，也就是说如果当前线程持有对某个对象的锁，则即使调用sleep方法，其他线程也无法访问这个对象。看下面这个例子就清楚了：

public class Test {   private int i = 10;    private Object object = new Object();   public static void main(String[] args) throws IOException  {        Test test = new Test();        MyThread thread1 = test.new MyThread();        MyThread thread2 = test.new MyThread();        thread1.start();        thread2.start();    }    class MyThread extends Thread{        @Override        public void run() {            synchronized (object) {                i++;                System.out.println("i:"+i);                try {                    System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"进入睡眠状态");                    Thread.currentThread().sleep(10000);                } catch (InterruptedException e) {                    // TODO: handle exception                }                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"睡眠结束");                i++;                System.out.println("i:"+i);            }        }    }}

输出结果：

从上面输出结果可以看出，当Thread-0进入睡眠状态之后，Thread-1并没有去执行具体的任务。只有当Thread-0执行完之后，此时Thread-0释放了对象锁，Thread-1才开始执行。

注意，如果调用了sleep方法，必须捕获InterruptedException异常或者将该异常向上层抛出。当线程睡眠时间满后，不一定会立即得到执行，因为此时可能CPU正在执行其他的任务。所以说调用sleep方法相当于让线程进入阻塞状态。

yield()方法

调用yield方法会让当前线程交出CPU权限，让CPU去执行其他的线程。它跟sleep方法类似，同样不会释放锁。但是yield不能控制具体的交出CPU的时间，另外，yield方法只能让拥有相同优先级的线程有获取CPU执行时间的机会。

注意，调用yield方法并不会让线程进入阻塞状态，而是让线程重回就绪状态，它只需要等待重新获取CPU执行时间，这一点是和sleep方法不一样的。
代码：

public class MyThread  extends Thread{    @Override    public void run() {        long beginTime=System.currentTimeMillis();        int count=0;        for (int i=0;i<50000000;i++){            count=count+(i+1);            //Thread.yield();        }        long endTime=System.currentTimeMillis();        System.out.println("用时："+(endTime-beginTime)+" 毫秒！");    }}public class Run {    public static void main(String[] args) {        MyThread t= new MyThread();        t.start();    }}

执行结果：

用时：3 毫秒！

如果将 //Thread.yield();的注释去掉，执行结果如下：

用时：16080 毫秒！

对象方法

start()方法

start()用来启动一个线程，当调用start方法后，系统才会开启一个新的线程来执行用户定义的子任务，在这个过程中，会为相应的线程分配需要的资源。

run()方法

run()方法是不需要用户来调用的，当通过start方法启动一个线程之后，当线程获得了CPU执行时间，便进入run方法体去执行具体的任务。注意，继承Thread类必须重写run方法，在run方法中定义具体要执行的任务。

getId()
getId()的作用是取得线程的唯一标识
代码：

public class Test {    public static void main(String[] args) {        Thread t= Thread.currentThread();        System.out.println(t.getName()+" "+t.getId());    }}

输出：

main 1

isAlive()方法
方法isAlive()的功能是判断当前线程是否处于活动状态
代码：

public class MyThread  extends Thread{    @Override    public void run() {        System.out.println("run="+this.isAlive());    }}public class RunTest {    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        MyThread myThread=new MyThread();        System.out.println("begin =="+myThread.isAlive());        myThread.start();        System.out.println("end =="+myThread.isAlive());    }}

程序运行结果：

begin ==falserun=trueend ==false

方法isAlive()的作用是测试线程是否偶处于活动状态。什么是活动状态呢？活动状态就是线程已经启动且尚未终止。线程处于正在运行或准备开始运行的状态，就认为线程是“存活”的。
有个需要注意的地方

System.out.println(“end ==”+myThread.isAlive());
虽然上面的实例中打印的值是true,但此值是不确定的。打印true值是因为myThread线程还未执行完毕，所以输出true。如果代码改成下面这样，加了个sleep休眠：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        MyThread myThread=new MyThread();        System.out.println("begin =="+myThread.isAlive());        myThread.start();        Thread.sleep(1000);        System.out.println("end =="+myThread.isAlive());    }

则上述代码运行的结果输出为false,因为mythread对象已经在1秒之内执行完毕。

join()方法
在很多情况下，主线程创建并启动了线程，如果子线程中药进行大量耗时运算，主线程往往将早于子线程结束之前结束。这时，如果主线程想等待子线程执行完成之后再结束，比如子线程处理一个数据，主线程要取得这个数据中的值，就要用到join()方法了。方法join()的作用是等待线程对象销毁。

public class Thread4 extends Thread{    public Thread4(String name) {        super(name);    }    public void run() {        for (int i = 0; i < 5; i++) {            System.out.println(getName() + "  " + i);        }    }    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        // 启动子进程        new Thread4("new thread").start();        for (int i = 0; i < 10; i++) {            if (i == 5) {                Thread4 th = new Thread4("joined thread");                th.start();                th.join();            }            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  " + i);        }    }}

执行结果：

main 0
main 1
main 2
main 3
main 4
new thread 0
new thread 1
new thread 2
new thread 3
new thread 4
joined thread 0
joined thread 1
joined thread 2
joined thread 3
joined thread 4
main 5
main 6
main 7
main 8
main 9
由上可以看出main主线程等待joined thread线程先执行完了才结束的。如果把th.join()这行注释掉，运行结果如下：
main 0
main 1
main 2
main 3
main 4
main 5
main 6
main 7
main 8
main 9
new thread 0
new thread 1
new thread 2
new thread 3
new thread 4
joined thread 0
joined thread 1
joined thread 2
joined thread 3
joined thread 4

getName和setName 用来得到或者设置线程名称。

getPriority和setPriority 用来获取和设置

setDaemon和isDaemon 用来设置线程是否成为守护线程和判断线程是否是守护线程。

户线程的区别在于：守护线程依赖于创建它的线程，而用户线程则不依赖。举个简单的例子：如果在main线程中创建了一个守护线程，当main方法运行完毕之后，守护线程也会随着消亡。而用户线程则不会，用户线程会一直运行直到其运行完毕。在JVM中，像垃圾收集器线程就是守护线程。

停止线程
停止线程是在多线程开发时很重要的技术点，掌握此技术可以对线程的停止进行有效的处理。

停止一个线程可以使用Thread.stop()方法，但最好不用它。该方法是不安全的，已被弃用。

在Java中有以下3种方法可以终止正在运行的线程：

• 使用退出标志，使线程正常退出，也就是当run方法完成后线程终止
• 使用stop方法强行终止线程，但是不推荐使用这个方法，因为stop和suspend及resume一样，都是作废过期的方法，使用他们可能产生不可预料的结果。
• 使用interrupt方法中断线程，但这个不会终止一个正在运行的线程，还需要加入一个判断才可以完成线程的停止。
  暂停线程
  interrupt()方法

线程的优先级
在操作系统中，线程可以划分优先级，优先级较高的线程得到的CPU资源较多，也就是CPU优先执行优先级较高的线程对象中的任务。
设置线程优先级有助于帮“线程规划器”确定在下一次选择哪一个线程来优先执行。
设置线程的优先级使用setPriority()方法，此方法在JDK的源码如下：

public final void setPriority(int newPriority) {        ThreadGroup g;        checkAccess();        if (newPriority > MAX_PRIORITY || newPriority < MIN_PRIORITY) {            throw new IllegalArgumentException();        }        if((g = getThreadGroup()) != null) {            if (newPriority > g.getMaxPriority()) {                newPriority = g.getMaxPriority();            }            setPriority0(priority = newPriority);        }    }

在Java中，线程的优先级分为1~10这10个等级，如果小于1或大于10，则JDK抛出异常throw new IllegalArgumentException()。
JDK中使用3个常量来预置定义优先级的值，代码如下：

public final static int MIN_PRIORITY = 1;public final static int NORM_PRIORITY = 5;public final static int MAX_PRIORITY = 10;

线程优先级特性：

• 继承性
  比如A线程启动B线程，则B线程的优先级与A是一样的。

• 规则性
  高优先级的线程总是大部分先执行完，但不代表高优先级线程全部先执行完。

• 随机性
  优先级较高的线程不一定每一次都先执行完。

---

守护线程

在Java线程中有两种线程，
一种是User Thread（用户线程），
另一种是Daemon Thread(守护线程)。

Daemon的作用是为其他线程的运行提供服务，比如说GC线程。其实User Thread线程和Daemon Thread守护线程本质上来说去没啥区别的，唯一的区别之处就在虚拟机的离开：如果User Thread全部撤离，那么Daemon Thread也就没啥线程好服务的了，所以虚拟机也就退出了。

守护线程并非虚拟机内部可以提供，用户也可以自行的设定守护线程，
方法：public final void setDaemon(boolean on) ；但是有几点需要注意：

thread.setDaemon(true)必须在thread.start()之前设置，否则会抛出一个IllegalThreadStateException异常。你不能把正在运行的常规线程设置为守护线程。

（备注：这点与守护进程有着明显的区别，守护进程是创建后，让进程摆脱原会话的控制+让进程摆脱原进程组的控制+让进程摆脱原控制终端的控制；所以说寄托于虚拟机的语言机制跟系统级语言有着本质上面的区别）

在Daemon线程中产生的新线程也是Daemon的。

（这一点又是有着本质的区别了：守护进程fork()出来的子进程不再是守护进程，尽管它把父进程的进程相关信息复制过去了，但是子进程的进程的父进程不是init进程，所谓的守护进程本质上说就是“父进程挂掉，init收养，然后文件0,1,2都是/dev/null，当前目录到/”）

不是所有的应用都可以分配给Daemon线程来进行服务，比如读写操作或者计算逻辑。因为在Daemon Thread还没来的及进行操作时，虚拟机可能已经退出了。

同步与死锁
同步代码块
在代码块上加上”synchronized”关键字，则此代码块就称为同步代码块
同步代码块格式

synchronized(同步对象){ 需要同步的代码块;}

同步方法
除了代码块可以同步，方法也是可以同步的
方法同步格式

synchronized void 方法名称(){}

---

面试题

线程和进程有什么区别？

答：一个进程是一个独立(selfcontained)的运行环境，它可以被看作一个程序或者一个应用。而线程是在进程中执行的一个任务。线程是进程的子集，一个进程可以有很多线程，每条线程并行执行不同的任务。不同的进程使用不同的内存空间，而所有的线程共享一片相同的内存空间。别把它和栈内存搞混，每个线程都拥有单独的栈内存用来存储本地数据。

如何在Java中实现线程？

答：创建线程有两种方式：
一、继承 Thread 类，扩展线程。
二、实现 Runnable 接口。

启动一个线程是调用run()还是start()方法？

答：启动一个线程是调用start()方法，使线程所代表的虚拟处理机处于可运行状态，这意味着它可以由JVM调度并执行，这并不意味着线程就会立即运行。run()方法是线程启动后要进行回调（callback）的方法。

Thread类的sleep()方法和对象的wait()方法都可以让线程暂停执行，它们有什么区别?

答：sleep()方法（休眠）是线程类（Thread）的静态方法，调用此方法会让当前线程暂停执行指定的时间，将执行机会（CPU）让给其他线程，但是对象的锁依然保持，因此休眠时间结束后会自动恢复。
wait()是Object类的方法，调用对象的wait()方法导致当前线程放弃对象的锁（线程暂停执行），进入对象的等待池（waitpool），只有调用对象的notify()方法（或notifyAll()方法）时才能唤醒等待池中的线程进入等锁池（lock pool），如果线程重新获得对象的锁就可以进入就绪状态。

线程的sleep()方法和yield()方法有什么区别？

答：
①sleep()方法给其他线程运行机会时不考虑线程的优先级，因此会给低优先级的线程以运行的机会；yield()方法只会给相同优先级或更高优先级的线程以运行的机会；
② 线程执行sleep()方法后转入阻塞（blocked）状态，而执行yield()方法后转入就绪（ready）状态；
③sleep()方法声明抛出InterruptedException，而yield()方法没有声明任何异常；
④sleep()方法比yield()方法（跟操作系统CPU调度相关）具有更好的可移植性。

请说出与线程同步以及线程调度相关的方法。

答： wait()：使一个线程处于等待（阻塞）状态，并且释放所持有的对象的锁；
sleep()：使一个正在运行的线程处于睡眠状态，是一个静态方法，调用此方法要处理InterruptedException异常；
notify()：唤醒一个处于等待状态的线程，当然在调用此方法的时候，并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程，而是由JVM确定唤醒哪个线程，而且与优先级无关；
notityAll()：唤醒所有处于等待状态的线程，该方法并不是将对象的锁给所有线程，而是让它们竞争，只有获得锁的线程才能进入就绪状态；