java多线程
来源：互联网 发布：ubuntu16如何安装软件 编辑：程序博客网 时间：2024/06/05 08:11
java多线程：
线程或者说多线程，是我们处理多任务的强大工具。线程和进程是不同的，每个进程都是一个独立运行的程序，拥有自己的变量，且不同进程间的变量不能共享；而线程是运行在进程内部的，每个正在运行的进程至少有一个线程，而且不同的线程之间可以在进程范围内共享数据。也就是说进程有自己独立的存储空间，而线程是和它所属的进程内的其他线程共享一个存储空间。线程的使用可以使我们能够并行地处理一些事情。线程通过并行的处理给用户带来更好的使用体验，比如你使用的邮件系统（outlook、Thunderbird、foxmail等），你当然不希望它们在收取新邮件的时候，导致你连已经收下来的邮件都无法阅读，而只能等待收取邮件操作执行完毕。这正是线程的意义所在。
实现线程的方式
实现线程的方式有两种：
- 继承java.lang.Thread，并重写它的run()方法，将线程的执行主体放入其中。
- 实现java.lang.Runnable接口，实现它的run()方法，并将线程的执行主体放入其中。
- public class ThreadTest extends Thread { public void run() { // 在这里编写线程执行的主体 // do something } }
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- public class RunnableTest implements Runnable { public void run() { // 在这里编写线程执行的主体 // do something } }
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- public class ThreadStartTest { public static void main(String[] args) { // 创建一个线程实例 ThreadTest tt = new ThreadTest(); // 启动线程 tt.start(); } }
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- public class RunnableStartTest { public static void main(String[] args) { // 创建一个线程实例 Thread t = new Thread(new RunnableTest()); // 启动线程 t.start(); } }
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- public void run() { if (target != null) { target.run(); } }
- NEW（新建状态、初始化状态）：线程对象已经被创建，但是还没有被启动时的状态。这段时间就是在我们调用new命令之后，调用start()方法之前。
- RUNNABLE（可运行状态、就绪状态）：在我们调用了线程的start()方法之后线程所处的状态。处于RUNNABLE状态的线程在JAVA虚拟机（JVM）上是运行着的，但是它可能还正在等待操作系统分配给它相应的运行资源以得以运行。
- BLOCKED（阻塞状态、被中断运行）：线程正在等待其它的线程释放同步锁，以进入一个同步块或者同步方法继续运行；或者它已经进入了某个同步块或同步方法，在运行的过程中它调用了某个对象继承自java.lang.Object的wait()方法，正在等待重新返回这个同步块或同步方法。
- WAITING（等待状态）：当前线程调用了java.lang.Object.wait()、java.lang.Thread.join()或者java.util.concurrent.locks.LockSupport.park()三个中的任意一个方法，正在等待另外一个线程执行某个操作。比如一个线程调用了某个对象的wait()方法，正在等待其它线程调用这个对象的notify()或者notifyAll()（这两个方法同样是继承自Object类）方法来唤醒它；或者一个线程调用了另一个线程的join()（这个方法属于Thread类）方法，正在等待这个方法运行结束。
- TIMED_WAITING（定时等待状态）：当前线程调用了java.lang.Object.wait(long timeout)、java.lang.Thread.join(long millis)、java.util.concurrent.locks.LockSupport.packNanos(long nanos)、java.util.concurrent.locks.LockSupport.packUntil(long deadline)四个方法中的任意一个，进入等待状态，但是与WAITING状态不同的是，它有一个最大等待时间，即使等待的条件仍然没有满足，只要到了这个时间它就会自动醒来。
- TERMINATED（死亡状态、终止状态）：线程完成执行后的状态。线程执行完run()方法中的全部代码，从该方法中退出，进入TERMINATED状态。还有一种情况是run()在运行过程中抛出了一个异常，而这个异常没有被程序捕获，导致这个线程异常终止进入TERMINATED状态。
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- public enum State { NEW, RUNNABLE, BLOCKED, WAITING, TIMED_WAITING, TERMINATED; }
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- public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException; public static void sleep(long millis, int nanos) throws InterruptedException { //other code }
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- public class InterruptTest { public static void main(String[] args) { Thread t = new Thread() { public void run() { try { System.out.println("我被执行了-在sleep()方法前"); // 停止运行10分钟 Thread.sleep(1000 * 60 * 60 * 10); System.out.println("我被执行了-在sleep()方法后"); } catch (InterruptedException e) { System.out.println("我被执行了-在catch语句块中"); } System.out.println("我被执行了-在try{}语句块后"); } }; // 启动线程 t.start(); // 在sleep()结束前中断它 t.interrupt(); } }
- 我被执行了-在sleep()方法前
- 我被执行了-在catch语句块中
- 我被执行了-在try{}语句块后
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- public final void wait() throws InterruptedException { //do something } public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException; public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException { //do something }
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- public synchronized void aMethod() { // do something } public static synchronized void anotherMethod() { // do something }
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- public void test() { // 同步锁 String lock = "LOCK"; // 同步块 synchronized (lock) { // do something } int i = 0; // ... }
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- private Lock lock = new ReentrantLock(); public void testLock() { // 锁定对象 lock.lock(); try { // do something } finally { // 释放对对象的锁定 lock.unlock(); } }
- 互斥（Mutual exclusion）：线程所使用的资源中至少有一个是不能共享的，它在同一时刻只能由一个线程使用。
- 持有与等待（Hold and wait）：至少有一个线程已经持有了资源，并且正在等待获取其他的线程所持有的资源。
- 非抢占式（No pre-emption）：如果一个线程已经持有了某个资源，那么在这个线程释放这个资源之前，别的线程不能把它抢夺过去使用。
- 循环等待（Circular wait）：假设有N个线程在运行，第一个线程持有了一个资源，并且正在等待获取第二个线程持有的资源，而第二个线程正在等待获取第三个线程持有的资源，依此类推……第N个线程正在等待获取第一个线程持有的资源，由此形成一个循环等待。
- Task（任务）：这是个代表任务的抽象类，其中定义了一个deal()方法，继承Task抽象类的子类需要实现这个方法，并把这个任务需要完成的具体工作在deal()方法编码实现。线程池中的线程之所以被创建，就是为了执行各种各样数量繁多的任务的，为了方便线程对任务的处理，我们需要用Task抽象类来保证任务的具体工作统一放在deal()方法里来完成，这样也使代码更加规范。
Task的定义如下：[java] view plain copy print?- public abstract class Task { public enum State { /* 新建 */NEW, /* 执行中 */RUNNING, /* 已完成 */FINISHED } // 任务状态 private State state = State.NEW; public void setState(State state) { this.state = state; } public State getState() { return state; } public abstract void deal(); }
- TaskQueue（任务队列）：在同一时刻，可能有很多任务需要执行，而程序在同一时刻只能执行一定数量的任务，当需要执行的任务数超过了程序所能承受的任务数时怎么办呢？这就有了先执行哪些任务，后执行哪些任务的规则。TaskQueue类就定义了这些规则中的一种，它采用的是FIFO（先进先出，英文名是First In First Out）的方式，也就是按照任务到达的先后顺序执行。
TaskQueue类的定义如下：[java] view plain copy print?- import java.util.Iterator; import java.util.LinkedList; import java.util.List; public class TaskQueue { private List<Task> queue = new LinkedList<Task>(); // 添加一项任务 public synchronized void addTask(Task task) { if (task != null) { queue.add(task); } } // 完成任务后将它从任务队列中删除 public synchronized void finishTask(Task task) { if (task != null) { task.setState(Task.State.FINISHED); queue.remove(task); } } // 取得一项待执行任务 public synchronized Task getTask() { Iterator<Task> it = queue.iterator(); Task task; while (it.hasNext()) { task = it.next(); // 寻找一个新建的任务 if (Task.State.NEW.equals(task.getState())) { // 把任务状态置为运行中 task.setState(Task.State.RUNNING); return task; } } return null; } }
addTask(Task task)方法用于当一个新的任务到达时，将它添加到任务队列中。这里使用了LinkedList类来保存任务到达的先后顺序。finishTask(Task task)方法用于任务被执行完毕时，将它从任务队列中清除出去。getTask()方法用于取得当前要执行的任务。 - TaskThread（执行任务的线程）：它继承自Thread类，专门用于执行任务队列中的待执行任务。[java] view plain copy print?
- public class TaskThread extends Thread { // 该线程所属的线程池 private ThreadPoolService service; public TaskThread(ThreadPoolService tps) { service = tps; } public void run() { // 在线程池运行的状态下执行任务队列中的任务 while (service.isRunning()) { TaskQueue queue = service.getTaskQueue(); Task task = queue.getTask(); if (task != null) { task.deal(); } queue.finishTask(task); } } }
- ThreadPoolService（线程池服务类）：这是线程池最核心的一个类。它在被创建了时候就创建了几个线程对象，但是这些线程并没有启动运行，但调用了start()方法启动线程池服务时，它们才真正运行。stop()方法可以停止线程池服务，同时停止池中所有线程的运行。而runTask(Task task)方法是将一个新的待执行任务交与线程池来运行。
ThreadPoolService类的定义如下：[java] view plain copy print?- import java.util.ArrayList; import java.util.List; public class ThreadPoolService { // 线程数 public static final int THREAD_COUNT = 5; // 线程池状态 private Status status = Status.NEW; private TaskQueue queue = new TaskQueue(); public enum Status { /* 新建 */NEW, /* 提供服务中 */RUNNING, /* 停止服务 */TERMINATED, } private List<Thread> threads = new ArrayList<Thread>(); public ThreadPoolService() { for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) { Thread t = new TaskThread(this); threads.add(t); } } // 启动服务 public void start() { this.status = Status.RUNNING; for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) { threads.get(i).start(); } } // 停止服务 public void stop() { this.status = Status.TERMINATED; } // 是否正在运行 public boolean isRunning() { return status == Status.RUNNING; } // 执行任务 public void runTask(Task task) { queue.addTask(task); } protected TaskQueue getTaskQueue() { return queue; } }
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- public class SimpleTaskTest extends Task { @Override public void deal() { // do something } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ThreadPoolService service = new ThreadPoolService(); service.start(); // 执行十次任务 for (int i = 0; i < 10; i++) { service.runTask(new SimpleTaskTest()); } // 睡眠1秒钟，等待所有任务执行完毕 Thread.sleep(1000); service.stop(); } }
- 调整任务队列的规则，给任务设置优先级，级别高的任务优先执行。
- 动态维护线程池，当待执行任务数量较多时，增加线程的数量，加快任务的执行速度；当任务较少时，回收一部分长期闲置的线程，减少对系统资源的消耗。
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- public static ExecutorService newCachedThreadPool() { // other code } public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { // other code } public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() { // other code }
- Runnable接口：继承Runnable接口的类要实现它的run()方法，并将执行任务的代码放入其中，run()方法没有返回值。适合于只做某种操作，不关心运行结果的情况。
- Callable接口：继承Callable接口的类要实现它的call()方法，并将执行任务的代码放入其中，call()将任务的执行结果作为返回值。适合于执行某种操作后，需要知道执行结果的情况。
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- import java.util.concurrent.*; public class ExecutorTest { public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor(); Future fr = es.submit(new RunnableTest());// 提交任务 Future fc = es.submit(new CallableTest());// 提交任务 // 取得返回值并输出 System.out.println((String) fc.get()); // 检查任务是否执行完毕 if (fr.isDone()) { System.out.println("执行完毕-RunnableTest.run()"); } else { System.out.println("未执行完-RunnableTest.run()"); } // 检查任务是否执行完毕 if (fc.isDone()) { System.out.println("执行完毕-CallableTest.run()"); } else { System.out.println("未执行完-CallableTest.run()"); } // 停止线程池服务 es.shutdown(); } } class RunnableTest implements Runnable { public void run() { System.out.println("已经执行-RunnableTest.run()"); } } class CallableTest implements Callable { public Object call() { System.out.println("已经执行-CallableTest.call()"); return "返回值-CallableTest.call()"; } }
- 已经执行-RunnableTest.run()
- 已经执行-CallableTest.call()
- 返回值-CallableTest.call()
- 执行完毕-RunnableTest.run()
- 执行完毕-CallableTest.run()
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