再学java基础（10）线程概念&操作

来源：互联网发布：知乎国内汽车厂编辑：程序博客网时间：2024/05/05 00:58

java多线程-概念和作用

一：线程概念

线程是程序运行的基本执行单元。当操作系统（不包括单线程的操作系统，如微软早期的DOS）在执行一个程序时，
会在系统中建立一个进程，而在这个进程中，必须至少建立一个线程（这个线程被称为主线程）来作为这个程序运行的入口点。
因此，在操作系统中运行的任何程序都至少有一个主线程

一个进程至少包含一个线程，如果一个进程包含2个以上，表示该进程是多线程操作，
那就存在资源共享的问题，多线程争夺资源的问题，
所以才有了锁机制的存在，防止多个线程打架

二：多线程的作用

1.为什么会有多线程：

1）由于早起的操作系统dos里，一个进程只有一个线程，随着机器的发展，发现一个进程如果存在多个线程来处理，这将大大利用期cup，
让cup充分利用，也可以让一个进程的程序让多个线程来跑，这将大大加快代码的执行时间。

2）实际上多线程的工作方式：表面上一个进程包含多个线程，代码由多个线程同时进行，但实际到了cup那里，
cpu的调度不会出现多个同时调度，
实际到了cup还是单个调度，只是中间有个时间间隔，这个时间间隔来调用不同的线程，eg:10ms执行这个线程，
然后执行别的线程，最后回来又重新执行现在的线程，通过时间差来保证多线程的工作，由于时间间隔非常短
，所以我们感觉多线程是并发进行的，这才有了多线程跑期来远比单线程快很多的道理。

3）多线程带来的困扰：上面都说了很多好处，那他有没有坏处呢，答案是肯定的，有坏处，
第一个问题:多线程共享一个进程的资源(主要还是内存的资源)，资源的分配怎么保证大家都能共享，
第二个问题：如果程序里存在读写并存的情况，很有可能我的写和读也是并行的，这样就会出现数据的误差，

所以想了个办法，这样的情况，我把代码加个锁，只有保证我数据写完了，我才把锁交出来，
一个时间段里，我只有一把锁来维持，用完了再交给别人，防止数据的读和写被同时修改的可能。

4）多线程应该注意的地方：只有你充分理解了多线程在jvm里的工作方式，你才可以大胆的使用它的好处，否则，还是谨慎一点，别丢了西瓜捡了芝麻。

1、线程概述

几乎所有的操作系统都支持同时运行多个任务，一个任务通常就是一个程序，每个运行中的程序就是一个进程。当一个程序运行时，内部可能包含了多个顺序执行流，每个顺序执行流就是一个线程。
2、线程和进程
几乎所有的操作系统都有进程的概念，所有运行中的任务通常对应一条进程。当一个程序进入内存运行，就是一个进程了。进程是处于运行中的程序，具有一定的独立能力，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
进程特征：
A、独立性：进程是系统中独立存在的实体，可以拥有自己独立的资源，每个进程都拥有自己的私有地址地址。在没有经过进程本身允许的情况下，一个用户进程不可以访问其他进程地址空间。
B、动态性：进程和程序的区别在于，程序只是一个静态的指令集合，而进程是一个正在系统中活动的指令集合。在程序中加入了时间概念，进程具有自己的生命周期和各种不同的状态，这些概念是程序不具备的。
C、并发性：多个进程可以在单个处理器上并发执行，多个进程之间不会互相影响。
多线程则扩展了多进程的概念，使得同一个进程可以同时并发处理多个任务。线程也被称为轻量级进程(Lightweight Process)，线程是进程的执行单元。就像进程在操作系统中的地位一样，线程在程序中是独立、并发执行流。当进程被初始化后，主线程就被创建。对于绝大多数应用程序来说，通常仅要一个主线程，但我们也可以在该进程内创建多条顺序执行流，这些顺序执行流就是线程，每条线程也互相独立的。
线程是进程的组成部分，一个进程可以拥有多个线程，一个线程必须有一个父进程。线程可以拥有自己的堆、栈、程序计数器、局部变量，但不能拥有系统资源，它与父进程的其他线程共享该进程所有的全部资源。因为多个线程共享父进程的全部资源。
线程可以完成一定的任务，可与其他线程共享父进程中的变量和部分环境，相互之间协作共同完成进程所要完成的任务。
线程是独立运行的，它并不知道进程中是否还有其他进程存在。线程的执行是抢占方式的，也就是说，当前运行的线程在任何时候都可以被挂起，以便其他线程运行。一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一个进程中的多个线程可以并发执行。
综述：一个程序运行后至少有一个进程，一个进程可以包含多个线程。至少包含一个线程。

3、并发和并行
并发性(concurrency)和并行性(parallel)是两个概念；
并行指在同一时刻，有多条指令（线程）在多个处理器上同时执行；
并发指在同一时刻只能有一个指令（线程）执行，但多个进程指令被快速轮换执行，使得宏观上具有多个进程同时执行的效果。

4、多线程的优势
线程划分尺度小于进程，使得多线程划分的并发性高。进程在执行时有自己独立的单元，多个线程共享内存，从而提高了运行效率。
线程比进程具有更高的性能，这是由于同一个进程中的线程都有共性：多个线程将共享同一个进程的虚拟空间。线程共性的环境包括：进程代码段、进程共有数据等。线程很容易就利用共性的数据进行通信。
当操作系统创建一个进程时，必须给该进程分别独立的内存空间，并分配大量相关的资源；但创建一个线程则简单得多，因此多线程来实现并发要比多进程实现并发的性能高得多。
多线程优点：
A、进程之间不能共享内存，但线程之间共享内存非常容易。
B、系统创建进程需要为该进程重新分配系统资源，但创建线程则代价要小得多，因此使用线程来实现多任务并发比多进程的效率高。

C、 Java语言内置多线程功能支持，而不是单纯的作为底层操作系统的调度方式，从而简化Java的多线程编程。

Java Thread 多线程操作线程

创建、启动线程
线程的实现方式
线程的生命周期
线程的状态
控制线程
5、线程的创建和启动

A、继承Thread类或实现Runnable接口，重写或实现run方法，run方法代表线程要完成的任务
B、创建Thread子类或是Runnable的实现类，即创建的线程对象；不同的是接口实现线程，需要将接口的实现类作为参数传递给Thread类的构造参数
C、用线程对象的start方法启动线程

6、继承Thread和实现Runnable接口创建线程的区别

采用Runnable接口实现线程：
优势：
A、线程类只是实现了Runnable接口，还可以继承其他的类
B、在这种方式下，可以多个线程共享同一个目标对象，所以很合适多个线程来处理同一份资源的情况，
从而可以将CPU、代码和数据分开，形成清晰的模型，较好的面相对象思想。
劣势：编程稍微复杂，如果需要访问当前线程需要用Thread.currentThread方法来获取

采用继承Thread类的方式实现线程：
优势：编写简单，如果要获得当前线程直接this即可
劣势：线程类继承了Thread，不能在继承其他类
相对而言，用Runnable的方式更好，具体可以根据当前需要而定；

7、线程生命周期
线程被创建启动后，不并不是启动后就进入了执行状态，也不是一直处于的执行状态。
线程的生命周期分为创建（new）、就绪（Runnable）、运行（running）、阻塞（Blocked）、死亡（Dead）五种状态。
线程启动后不会一直霸占CPU资源，所以CPU需要在多条线程中切换执行，线程就会在多次的运行和阻塞中切换。

8、新建（new）和就绪（Runnable）状态
当new一个线程后，该线程处于新建状态，此时它和Java对象一样，仅仅由Java虚拟机为其分配内存空间，并初始化成员变量。
此时线程对象没有表现出任何的动态特征，程序也不会执行线程的执行体。
注意：run方法是线程的执行体，不能由我们手动调用。我们可以用start方法启动线程，系统会把run方法当成线程的执行体来运行，
如果直接调用线程对象run方法，则run方法立即会被运行。而且在run方法返回之前其他线程无法并行执行，
也就是说系统会把当前线程类当成一个普通的Java对象，而run方法也是一个普通的方法，而不是线程的执行体。

9、运行（running）和阻塞（Blocked）状态
如果处于就绪状态的线程就获得了CPU，开始执行run方法的线程执行体，则该线程处于运行状态。
单CPU的机器，任何时刻只有一条线程处于运行状态。当然，在多CPU机器上将会有多线程并行（parallel）执行，
当线程大于CPU数量时，依然会在同一个CPU上切换执行。
线程运行机制：一个线程运行后，它不可能一直处于运行状态（除非它执行的时间很短，瞬间执行完成），线程在运行过程中需要中断，
目的是让其他的线程有运行机会，线程的调度取决于底层的策略。对应抢占式的系统而言，系统会给每个可执行的线程一个小时间段来处理任务，
当时间段到达系统就会剥夺该线程的资源，让其他的线程有运行的机会。在选择下一个线程时，系统会考虑线程优先级。
以下情况会出现线程阻塞状态：
A、线程调用sleep方法，主动放弃占用的处理器资源
B、线程调用了阻塞式IO方法，在该方法返回前，该线程被阻塞
C、线程试图获得一个同步监视器，但该同步监视器正被其他线程所持有。
D、线程等待某个通知（notify）
E、程序调用了suspend方法将该线程挂起。不过这个方法容易导致死锁，尽量不免使用该方法
当线程被阻塞后，其他线程将有机会执行。被阻塞的线程会在合适的时候重新进入就绪状态，注意是就绪状态不是运行状态。
也就是被阻塞线程在阻塞解除后，必须重新等待线程调度器再次调用它。
针对上面线程阻塞的情况，发生以下特定的情况可以解除阻塞，让进程进入就绪状态：
A、调用sleep方法的经过了指定的休眠时间
B、线程调用的阻塞IO已经返回，阻塞方法执行完毕
C、线程成功获得了试图同步的监视器
D、线程正在等待某个通知，其他线程发出了通知
E、处于挂起状态的线程调用了resume恢复方法
线程从阻塞状态只能进入就绪状态，无法进入运行状态。而就绪和运行状态之间的转换通常不受程序控制，而是由系统调度所致的。
当就绪状态的线程获得资源时，该线程进入运行状态；当运行状态的线程事情处理器资源时就进入了就绪状态。
但对调用了yield的方法就例外，此方法可以让运行状态转入就绪状态。

10、线程死亡（Dead）状态
线程会在以下方式进入死亡状态：
A、run方法执行完成，线程正常结束
B、线程抛出未捕获的异常或Error
C、直接调用该线程的stop方法来结束线程—该方法易导致死锁，注意使用
注意：当主线程结束的时候，其他线程不受任何影响。一旦子线程启动后，会拥有和主线程相同的地位，不受主线程影响。
isAlive方法可以测试当前线程是否死亡，当线程处于就绪、运行、阻塞状态，该方法返回true，如果线程处于新建或死亡状态就会返回false。
不要试图对死亡的线程调用start方法，来启动它。死亡线程不可能再次运行。

11、控制线程
Java线程提供了很多工具方法，这些方法都很好的控制线程
A、join线程
让一个线程等待另一个线程完成的方法。当某个程序执行流中调用其他线程的join方法时，调用线程将会被阻塞，直到被join方法的join线程执行完成为止。
join方法通常有使用线程的程序调用，将大问题划分成许多小问题。每个小问题分配一个线程。当所有的小问题得到处理后，再调用主线程进一步操作。
join有三种重载模式：
一、join等待被join的线程执行完成
二、join(long millis)等待被join的线程时间最长为millis毫秒，如果在millis毫秒外，被join的线程还没有执行完则不再等待
三、join(long millis, int nanos)被join的线程等待时间长为millis毫秒加上nanos微秒
通常我们很少用第三种join，原因有二：程序对时间的精度无需精确到千分之一毫秒
计算机硬件、操作系统也无法做到精确到千分之一毫秒

B、后台线程
有一种线程，在后台运行，它的任务是为其他线程提供服务，这种线程被称为“后台线程(Daemon Thread)”，有被称为“守护线程”或“精灵线程”。
JVM的垃圾回收器线程就是后台进程。
后台进程有个特征是：如果前台的进程都死亡，那么后台进程也死亡。（它为前台进程服务）
用Thread的setDaemon (true)方法可以指定当前线程为后台线程。
注意：前台线程执行完成死亡后，JVM会通知后台线程，后台线程就会死亡。但它得到通知到后台线程作成响应，需要一段时间，
而且要将某个线程设置为后台线程，必需要在该线程启动前设置，也就是说设置setDaemon必需在start方法前面调用。
否则会出现java.lang.IllegalThreadStateException异常

C、线程休眠sleep
如果需要当前线程暂停一段时间，并进入阻塞状态就需要用sleep，sleep有2中重载方式：
sleep(long millis)让当前线程暂停millis毫秒后，并进入阻塞状态，该方法受系统计时器和线程调度器的影响
sleep(long millis, int nanos)让当前正在执行的线程暂停millis毫秒+nanos微秒，并进入阻塞
当调用sleep方法进入阻塞状态后，在sleep时间段内，该线程不会获得执行机会，即使没有其他可运行的线程，处于sleep的线程不会执行。

D、线程让步yield
yield和sleep有点类似，它也可以让当前执行的线程暂停，但它不会阻塞线程，只是将该线程转入到就绪状态。
yield只是让当前线程暂停下，让系统线程调度器重新调度下。
当yield的线程后，当前线程暂停。系统线程调度器会让优先级相同或是更高的线程运行。

sleep和yield的区别
（1）、sleep方法暂停当前线程后，会给其他线程执行集合，不会理会线程的优先级。但yield则会给优先级相同或高优先级的线程执行机会
（2）、sleep方法会将线程转入阻塞状态，直到经过阻塞时间才会转入到就绪状态；而yield则不会将线程转入到阻塞状态，它只是强制当前线程进入就绪状态。
因此完全有可能调用yield方法暂停之后，立即再次获得处理器资源继续运行。
（3）、sleep声明抛出了InterruptedException异常，所以调用sleep方法时，要么捕获异常，要么抛出异常。而yield没有申明抛出任何异常

E、改变线程优先级
每个线程都有优先级，优先级决定线程的运行机会的多少。
每个线程默认和它创建的父类的优先级相同，main方法的优先级是普通优先级，那在main方法中创建的子线程都是普通优先级。
getPriority(int newPriority)/setPriority(int)
设置优先级有以下级别：
MAX_PRIORITY 值是10
MIN_PRIORITY 值是1
NORM_PRIORITY 值是5
范围是1-10；

举例说明：两种创建的方式：

[java] view plaincopyprint?
package com.thread;  
  
public class TestThread1 {  
  
    /** 
     * 当直接调用 r.run()方法时, 
     *          不加上：Thread t = new Thread(r); 
                        t.start();  
                        就相当于是直接调用一个方法，两个线程直接没有交替执行。 
     *  
     * ======================================================================== 
     *  
     *  
     * 而 加上 ： Thread t = new Thread(r); 
                t.start(); 两个线程就会交替执行。 
                 
                 
     *  
     *  
     * @param args 
     */  
    public static void main(String[] args) {  
        Runner1 r = new Runner1();  
//      r.run();  
          
        // 下面两行是为了演示：直接调用run方法，不New 线程。  
        <span style="color:#cc0000;">Thread t = new Thread(r);  
        t.start();</span>  
          
        for(int i=0; i<100; i++) {  
            System.out.println("Main Thread:------" + i);  
        }  
  
    }  
  
}  
<span style="color:#ff0000;">class Runner1 implements Runnable {</span>  
    public void run() {  
        for(int i=0; i<100; i++) {     
            System.out.println("Runner1 :" + i);  
        }  
    }  
}  

第二种：

[java] view plaincopyprint?
package com.thread;  
  
public class TestThread2 {  
  
    /** 
     * @param args 
     */  
    public static void main(String[] args) {  
        Runner r = new Runner();  
        r.start();  
          
        for(int i=0; i<100; i++) {  
            System.out.println("Main Thread:------" + i);  
        }  
    }  
  
}  
<span style="color:#cc0000;">class Runner extends Thread {</span>  
    public void run() {  
        for(int i=0; i<100; i++) {     
            System.out.println("Runner1 :" + i);  
        }  
    }  
}  

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