java多线程机制

1.        Java中的线程

1.1         程序、进程与线程

程序是一段静态的代码，它是应用软件执行的蓝本。

进程是程序的一次动态执行过程，它对应了从代码加载、执行至执行完毕的一个完整过程，这个过程也是进程本身从产生、发展至消亡的过程。

线程是比进程更小的执行单位。一个进程在执行过程中，可以产生多个线程，形成多条执行线索，每条线索，即每个线程也有它自身的产生、存在和消亡的过程，也是一个动态的概念。

1.2         线程的状态与生命周期

Java使用Thread类及其子类的对象来表示线程，新建的线程在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的4种状态。

l  新建

当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态。此时它已经有了相应的内存空间和其他资源。

l  运行

线程创建之后就具备了运行的条件，一旦轮到它来享用CPU资源时，即JVM将CPU的使用权切换给该线程时，此线程就可以脱离创建它的主线程，独立开始自己的生命周期了。

l  中断

l  死亡

1.3         线程调度与优先级

2.        Thread类的子类创建线程

3.        使用Runnable接口

使用Thread子类创建线程的优点是：可以在子类中增加新的成员变量，使线程具有某种属性，也可以在子类中新增加方法，使线程具有某种功能。但是Java不支持多继承，Thread类的子类不能再拓展其他的类。

1)        Runnable接口与目标对象

创建线程的另一个途径就是用Thread类直接创建线程对象。使用Thread创建线程对象时，通常使用的构造方法是：

      Thread(Runnabletarget)

该构造方法中的参数是一个Runnable类型的接口，因此，在创建线程对象时必须向构造方法的参数传递一个实现Runnable接口类的实例，该实例对象称作所创线程的目标对象，当线程调用start()方法后，一旦轮到它来享用CPU资源，目标对象就会自动调用接口中的run()方法（接口回调），这一过程是自动实现的，用户程序只需要让线程调用start()方法即可，也就是说，当线程被调度并转入运行状态时，所执行的就是run()方法中所规定的操作。

2)        关于run()方法中的局部变量

对于具有相同目标对象的线程，当其中一个线程享用CPU资源时，目标对象自动调用接口中的run()方法，这时，run()方法中的局部变量被分配内存空间，当轮到另一个线程享用CPU资源时，目标对象会再次调用接口中的run()方法，那么，run()方法中的局部变量会再次分配内存空间。也就是说run()方法已经启动运行了两次，分别运行在不同的线程中，即运行在不同的时间片内。不同线程的run()方法中的局部变量互不干扰，一个线程改变了自己的run()方法中局部变量的值不会影响其他线程的run()方法中的局部变量的值。

3)        在线程中启动其他线程

线程通过调用start()方法将启动该线程，使之从新建状态进入就绪队列排队，一旦轮到它来享用CPU资源时，就可以脱离创建它的主线程独立开始自己的生命周期了。

4.        线程的常用方法

1)        start()方法

线程调用该方法将启动线程，使之从新建状态进入就绪队列排队，一旦轮到它来享用CPU资源时，就可以脱离创建它的线程独立开始自己的生命周期了。

2)        run()方法

Thread类的run()方法与Runnable()接口中的run()方法的功能和作用相同，都用来定义线程对象被调度之后执行的操作，都是系统自动调用而用户程序不得引用的方法。系统的Thread类中，run()方法没有具体内容，所以用户程序需要创建自己的Thread类的子类，并重写run()方法来覆盖原来的run()方法。当run()方法执行完毕，线程就变成死亡状态，所谓死亡状态就是线程释放了实体，即释放分配给线程对象的内存。在线程没有结束run()方法之前，不赞成让线程再调用start()方法，否则将发生IllegalThreadStateException异常。

3)        sleep(int millsecond)方法

如果线程在休眠时被打断，JVM就抛出InterruptedException异常。因此，必须在try~catch语句块中调用sleep方法。

4)        isAlive()方法

线程处于“新建”状态时，线程调用isAlive()方法返回false。当一个线程调用start()方法，并占有CPU资源后，该线程的run()方法就开始运行，在线程的run()方法结束之前，即没有进入死亡状态之前，线程调用isAlive()方法返回true。当线程进入“死亡”状态后（实体内存被释放），线程仍可以调用isAlive()方法，这时返回的值是false。

5)        currentThread()方法

该方法返回当前正在使用CPU资源的线程。

6)        interrupt()方法

该方法用来“吵醒”线程。当一些线程调用sleep方法处于休眠状态时，一个占有CPU资源的线程可以让休眠的线程调用interrupt方法“吵醒”自己，即导致休眠的线程发生InterruptedException异常，从而结束休眠，重新排队等待CPU资源。

5.        GUI线程

当Java程序包含图形用户界面（GUI）时，Java虚拟机（JVM）在运行应用程序时会自动启动更多的线程，其中有两个重要的线程：AWT-EventQuecue和AWT-Windows。AWT-EventQuecue线程负责处理GUI事件，AWT-Windows线程负责将窗体或组件绘制到桌面。JVM要保证每个线程都有使用CPU资源的机会，当窗口需要刷新时，JVM就会将CPU资源切换给AWT-Windows线程；当程序中发生GUI界面事件时，JVM就会将CPU资源切换给AWT-EventQuecue线程，AWT-EventQuecue线程就会来处理这个事件。

6.        线程同步

在处理线程同步时，要做的第一件事就是要把修改数据的方法用关键字synchronized来修饰。一个方法使用关键字synchronized修饰后，当一个线程A使用这个方法时，其他线程想使用这个方法时就必须等待，知道线程A使用完该方法。所谓线程同步就是若干个线程都需要使用一个synchronized修饰的方法。

7.        在同步方法中使用wait()、notify()和notifyAll()方法

当一个线程使用的同步方法中用到某个变量，而此变量又需要其他线程修改后才能符合本线程的需要，那么可以在同步方法中使用wait()方法。使用wait()方法可以中断方法的执行，使本线程等待，暂时让出CPU的使用权，并允许其他线程使用这个同步方法。其他线程如果在使用这个同步方法时不需要等待，那么它使用完这个同步方法的同时，应当用notifyAll()方法通知所有的由于使用这个同步方法而处于等待的线程结束等待。曾中断的线程就会从刚才的中断处继续执行这个同步方法，并遵循“先中断先继续”的原则。如果使用notify()方法，那么只是通知处于等待中的线程的某一个结束等待。

Wait()、notify()和notifyAll()都是Object类中的final方法，被所有的类继承、且不允许重写的方法。

8.        挂起、恢复和终止线程

有时候两个线程并不是同步的，即不涉及都需要调用一个同步方法，但线程也可能需要暂时挂起。所谓挂起一个线程就是让线程暂时让出CPU的使用权限，停止执行，但停止执行的持续时间不确定，因此，不能使用sleep方法暂停线程。挂起一个线程需使用wait()方法，即让准备挂起的线程调用wait()方法，主动让出CPU的使用权限，暂时停止执行。所谓恢复线程就是让挂起的线程恢复执行过程，即从中断处继续线程的执行。为了恢复该线程，其他线程在占有CPU资源期间，让挂起的线程的目标对象执行notifyAll()方法，使得挂起的线程继续执行；如果线程没有目标对象，为了恢复该线程，其他线程在占有CPU资源期间，让挂起的线程调用notifyAll()方法，使挂起的线程继续执行。终止线程就是让线程结束run()方法的执行进入死亡状态。

9.        计时器线程Timer

10.    线程联合

一个线程A在占有CPU资源期间，可以让其他线程B调用join()和本线程联合。如果线程A在占有CPU资源期间一旦联合线程B，那么线程A将立刻中断执行，一直等到它联合的线程B执行完毕，线程A再重新排队等待CPU资源，以便恢复执行。如果线程A准备联合的线程B已经结束，那么线程联合不会产生任何效果。

11.    守护线程