Java之多线程

         多线程是一个复杂的话题，包含了很多内容，这篇文章主要关注线程的基本属性、如何创建线程、线程的状态切换以及线程通信，我们把线程同步的话题留到下一篇文章中。

　　线程是操作系统运行的基本单位，它被封装在进程中，一个进程可以包含多个线程。即使我们不手动创造线程，进程也会有一个默认的线程在运行。

　　对于JVM来说，当我们编写一个单线程的程序去运行时，JVM中也是有至少两个线程在运行，一个是我们创建的程序，一个是垃圾回收。

　　线程基本信息

　　我们可以通过Thread.currentThread()方法获取当前线程的一些信息，并对其进行修改。

　　我们来看以下代码：

 1 String name = Thread.currentThread().getName(); 2         int priority = Thread.currentThread().getPriority(); 3         String groupName = Thread.currentThread().getThreadGroup().getName(); 4         boolean isDaemon = Thread.currentThread().isDaemon(); 5         System.out.println("Thread Name:" + name); 6         System.out.println("Priority:" + priority); 7         System.out.println("Group Name:" + groupName); 8         System.out.println("IsDaemon:" + isDaemon); 9         10         Thread.currentThread().setName("Test");11         Thread.currentThread().setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);12         name = Thread.currentThread().getName();13         priority = Thread.currentThread().getPriority();14         groupName = Thread.currentThread().getThreadGroup().getName();15         isDaemon = Thread.currentThread().isDaemon();16         System.out.println("Thread Name:" + name);17         System.out.println("Priority:" + priority);    

　　其中列出的属性说明如下：

• GroupName，每个线程都会默认在一个线程组里，我们也可以显式的创建线程组，一个线程组中也可以包含子线程组，这样线程和线程组，就构成了一个树状结构。
• Name，每个线程都会有一个名字，如果不显式指定，那么名字的规则是“Thread-xxx”。
• Priority，每个线程都会有自己的优先级，JVM对优先级的处理方式是“抢占式”的。当JVM发现优先级高的线程时，马上运行该线程；对于多个优先级相等的线程，JVM对其进行轮询处理。Java的线程优先级从1到10，默认是5，Thread类定义了2个常量：MIN_PRIORITY和MAX_PRIORITY来表示最高和最低优先级。
  我们可以看下面的代码，它定义了两个不同优先级的线程：
  
  

  

   1 public static void priorityTest() 2 { 3     Thread thread1 = new Thread("low") 4     { 5         public void run() 6         { 7             for (int i = 0; i < 5; i++) 8             { 9                 System.out.println("Thread 1 is running.");10             }11         }12     };13     14     Thread thread2 = new Thread("high")15     {16         public void run()17         {18             for (int i = 0; i < 5; i++)19             {20                 System.out.println("Thread 2 is running.");21             }22         }23     };24     25     thread1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);26     thread2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);27     thread1.start();28     thread2.start();29 }

  
  从运行结果可以看出，是高优先级线程运行完成后，低优先级线程才运行。
• isDaemon，这个属性用来控制父子线程的关系，如果设置为true，当父线程结束后，其下所有子线程也结束，反之，子线程的生命周期不受父线程影响。
  我们来看下面的例子：
  
  

  

   1 public static void daemonTest() 2 { 3     Thread thread1 = new Thread("daemon") 4     { 5         public void run() 6         { 7             Thread subThread = new Thread("sub") 8             { 9                 public void run()10                 {11                     for(int i = 0; i < 100; i++)12                     {13                         System.out.println("Sub Thread Running " + i);14                     }15                 }16             };17             subThread.setDaemon(true);18             subThread.start();19             System.out.println("Main Thread end.");20         }21     };22     23     thread1.start();24 }

  

  上面代码的运行结果，在和删除subThread.setDaemon(true);后对比，可以发现后者运行过程中子线程会完成执行后再结束，而前者中，子线程很快就结束了。

　　如何创建线程

　　上面的内容，都是演示默认线程中的一些信息，那么应该如何创建线程呢？在Java中，我们有3种方式可以用来创建线程。

　　Java中的线程要么继承Thread类，要么实现Runnable接口，我们一一道来。

　　使用内部类来创建线程

　　我们可以使用内部类的方式来创建线程，过程是声明一个Thread类型的变量，并重写run方法。示例代码如下：

 1 public static void createThreadByNestClass() 2 { 3     Thread thread = new Thread() 4     { 5         public void run() 6         { 7             for (int i =0; i < 5; i++) 8             { 9                 System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is running.");10             }11             System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is finished.");12         }13     };14     thread.start();15 }

　　继承Thread以创建线程

　　我们可以从Thread中派生一个类，重写其run方法，这种方式和上面相似。示例代码如下：

 1 class MyThread extends Thread 2 { 3     public void run() 4     { 5         for (int i =0; i < 5; i++) 6         { 7             System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is running."); 8         } 9         System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is finished.");10     }11 }12 13 14 public static void createThreadBySubClass()15 {16     MyThread thread = new MyThread();17     thread.start();18 }

　　实现Runnable接口以创建线程

　　我们可以定义一个类，使其实现Runnable接口，然后将该类的实例作为构建Thread变量构造函数的参数。示例代码如下：

 1 class MyRunnable implements Runnable 2 { 3     public void run()  4     { 5         for (int i =0; i < 5; i++) 6         { 7             System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is running."); 8         } 9         System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is finished.");10     }11 }12 13 14 public static void createThreadByRunnable()15 {16     MyRunnable runnable = new MyRunnable();17     Thread thread = new Thread(runnable);18     thread.start();19 }

　　上述3种方式都可以创建线程，而且从示例代码上看，线程执行的功能是一样的，那么这三种创建方式有什么不同呢？

　　这涉及到Java中多线程的运行模式，对于Java来说，多线程在运行时，有“多对象多线程”和“单对象多线程”的区别：

• 多对象多线程，程序在运行过程中创建多个线程对象，每个对象上运行一个线程。
• 单对象多线程，程序在运行过程中创建一个线程对象，在其上运行多个线程。

　　显然，从线程同步和调度的角度来看，多对象多线程要简单一些。上述3种线程创建方式，前两种都属于“多对象多线程”，第三种既可以使用“多对象多线程”，也可以使用“单对象单线程”。

　　我们来看下面的示例代码，里面会用到Object.notify方法，这个方法会唤醒对象上的一个线程；而Object.notifyAll方法，则会唤醒对象上的所有线程。

  1 public class NotifySample {  2       3     public static void main(String[] args) throws InterruptedException  4     {  5         notifyTest();  6         notifyTest2();  7         notifyTest3();  8     }  9      10     private static void notifyTest() throws InterruptedException 11     { 12         MyThread[] arrThreads = new MyThread[3]; 13         for (int i = 0; i < arrThreads.length; i++) 14         { 15             arrThreads[i] = new MyThread(); 16             arrThreads[i].id = i; 17             arrThreads[i].setDaemon(true); 18             arrThreads[i].start(); 19         } 20         Thread.sleep(500); 21         for (int i = 0; i < arrThreads.length; i++) 22         { 23             synchronized(arrThreads[i]) 24             { 25                 arrThreads[i].notify(); 26             } 27         } 28     } 29      30     private static void notifyTest2() throws InterruptedException 31     { 32         MyRunner[] arrMyRunners = new MyRunner[3]; 33         Thread[] arrThreads = new Thread[3]; 34         for (int i = 0; i < arrThreads.length; i++) 35         { 36             arrMyRunners[i] = new MyRunner(); 37             arrMyRunners[i].id = i; 38             arrThreads[i] = new Thread(arrMyRunners[i]); 39             arrThreads[i].setDaemon(true); 40             arrThreads[i].start(); 41         } 42         Thread.sleep(500); 43         for (int i = 0; i < arrMyRunners.length; i++) 44         { 45             synchronized(arrMyRunners[i]) 46             { 47                 arrMyRunners[i].notify(); 48             } 49         } 50     } 51      52     private static void notifyTest3() throws InterruptedException 53     { 54         MyRunner runner = new MyRunner(); 55         Thread[] arrThreads = new Thread[3]; 56         for (int i = 0; i < arrThreads.length; i++) 57         { 58             arrThreads[i] = new Thread(runner); 59             arrThreads[i].setDaemon(true); 60             arrThreads[i].start(); 61         } 62         Thread.sleep(500); 63  64         synchronized(runner) 65         { 66             runner.notifyAll(); 67         } 68     } 69 } 70  71 class MyThread extends Thread 72 { 73     public int id = 0; 74     public void run() 75     { 76         System.out.println("第" + id + "个线程准备休眠5分钟。"); 77         try 78         { 79             synchronized(this) 80             { 81                 this.wait(5*60*1000); 82             } 83         } 84         catch(InterruptedException ex) 85         { 86             ex.printStackTrace(); 87         } 88         System.out.println("第" + id + "个线程被唤醒。"); 89     } 90 } 91  92 class MyRunner implements Runnable 93 { 94     public int id = 0; 95     public void run()  96     { 97         System.out.println("第" + id + "个线程准备休眠5分钟。"); 98         try 99         {100             synchronized(this)101             {102                 this.wait(5*60*1000);103             }104         }105         catch(InterruptedException ex)106         {107             ex.printStackTrace();108         }109         System.out.println("第" + id + "个线程被唤醒。");110     }111     112 }

　　示例代码中，notifyTest()和notifyTest2()是“多对象多线程”，尽管notifyTest2()中的线程实现了Runnable接口，但是它里面定义Thread数组时，每个元素都使用了一个新的Runnable实例。notifyTest3()属于“单对象多线程”，因为我们只定义了一个Runnable实例，所有的线程都会使用这个实例。

　　notifyAll方法适用于“单对象多线程”的情景，因为notify方法只会随机唤醒对象上的一个线程。

　　线程的状态切换

　　对于线程来讲，从我们创建它一直到线程运行结束，在这个过程中，线程的状态可能是这样的：

• 创建：已经有Thread实例了， 但是CPU还有为其分配资源和时间片。
• 就绪：线程已经获得了运行所需的所有资源，只等CPU进行时间调度。
• 运行：线程位于当前CPU时间片中，正在执行相关逻辑。
• 休眠：一般是调用Thread.sleep后的状态，这时线程依然持有运行所需的各种资源，但是不会被CPU调度。
• 挂起：一般是调用Thread.suspend后的状态，和休眠类似，CPU不会调度该线程，不同的是，这种状态下，线程会释放所有资源。
• 死亡：线程运行结束或者调用了Thread.stop方法。

　　下面我们来演示如何进行线程状态切换，首先我们会用到下面方法：

• Thread()或者Thread(Runnable)：构造线程。
• Thread.start：启动线程。
• Thread.sleep：将线程切换至休眠状态。
• Thread.interrupt：中断线程的执行。
• Thread.join：等待某线程结束。
• Thread.yield：剥夺线程在CPU上的执行时间片，等待下一次调度。
• Object.wait：将Object上所有线程锁定，直到notify方法才继续运行。
• Object.notify：随机唤醒Object上的1个线程。
• Object.notifyAll：唤醒Object上的所有线程。

　　下面，就是演示时间啦！！！

　　线程等待与唤醒

　　这里主要使用Object.wait和Object.notify方法，请参见上面的notify实例。需要注意的是，wait和notify都必须针对同一个对象，当我们使用实现Runnable接口的方式来创建线程时，应该是在Runnable对象而非Thread对象上使用这两个方法。

　　线程的休眠与唤醒

 1 public class SleepSample { 2      3     public static void main(String[] args) throws InterruptedException 4     { 5         sleepTest(); 6     } 7      8     private static void sleepTest() throws InterruptedException 9     {10         Thread thread = new Thread()11         {12             public void run()13             {14                 System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "将要休眠5分钟。");15                 try16                 {17                     Thread.sleep(5*60*1000);18                 }19                 catch(InterruptedException ex)20                 {21                     System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "休眠被中断。");22                 }23                 System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "休眠结束。");24             }25         };26         thread.setDaemon(true);27         thread.start();28         Thread.sleep(500);29         thread.interrupt();30     }31 32 }

　　线程在休眠过程中，我们可以使用Thread.interrupt将其唤醒，这时线程会抛出InterruptedException。

　　线程的终止

　　虽然有Thread.stop方法，但该方法是不被推荐使用的，我们可以利用上面休眠与唤醒的机制，让线程在处理IterruptedException时，结束线程。

 1 public class StopThreadSample { 2  3     public static void main(String[] args) throws InterruptedException 4     { 5         stopTest(); 6     } 7      8     private static void stopTest() throws InterruptedException 9     {10         Thread thread = new Thread()11         {12             public void run()13             {14                 System.out.println("线程运行中。");15                 try16                 {17                     Thread.sleep(1*60*1000);18                 }19                 catch(InterruptedException ex)20                 {21                     System.out.println("线程中断，结束线程");22                     return;23                 }24                 System.out.println("线程正常结束。");25             }26         };27         thread.start();28         Thread.sleep(500);29         thread.interrupt();30     }31 }

　　线程的同步等待

　　当我们在主线程中创建了10个子线程，然后我们期望10个子线程全部结束后，主线程在执行接下来的逻辑，这时，就该Thread.join登场了。

 1 public class JoinSample { 2  3     public static void main(String[] args) throws InterruptedException 4     { 5         joinTest(); 6     } 7      8     private static void joinTest() throws InterruptedException 9     {10         Thread thread = new Thread()11         {12             public void run()13             {14                 try15                 {16                     for(int i = 0; i < 5; i++)17                     {18                         System.out.println("线程在运行。");19                         Thread.sleep(1000);20                     }21                 }22                 catch(InterruptedException ex)23                 {24                     ex.printStackTrace();25                 }26             }27         };28         thread.setDaemon(true);29         thread.start();30         Thread.sleep(1000);31         thread.join();32         System.out.println("主线程正常结束。");33     }34 }

　　我们可以试着将thread.join();注释或者删除，再次运行程序，就可以发现不同了。

　　线程间通信

　　我们知道，一个进程下面的所有线程是共享内存空间的，那么我们如何在不同的线程之间传递消息呢？在回顾 Java I/O时，我们谈到了PipedStream和PipedReader，这里，就是它们发挥作用的地方了。

　　下面的两个示例，功能完全一样，不同的是一个使用Stream，一个使用Reader/Writer。

 1 public static void communicationTest() throws IOException, InterruptedException 2 { 3     final PipedOutputStream pos = new PipedOutputStream(); 4     final PipedInputStream pis = new PipedInputStream(pos); 5      6     Thread thread1 = new Thread() 7     { 8         public void run() 9         {10             BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));11             try12             {13                 while(true)14                 {15                     String message = br.readLine();16                     pos.write(message.getBytes());17                     if (message.equals("end")) break;18                 }19                 br.close();20                 pos.close();21             }22             catch(Exception ex)23             {24                 ex.printStackTrace();25             }26         }27     };28     29     Thread thread2 = new Thread()30     {31         public void run()32         {33             byte[] buffer = new byte[1024];34             int bytesRead = 0;35             try36             {37                 while((bytesRead = pis.read(buffer, 0, buffer.length)) != -1)38                 {39                     System.out.println(new String(buffer));40                     if (new String(buffer).equals("end")) break;41                     buffer = null;42                     buffer = new byte[1024];43                 }44                 pis.close();45                 buffer = null;46             }47             catch(Exception ex)48             {49                 ex.printStackTrace();50             }51         }52     };53     54     thread1.setDaemon(true);55     thread2.setDaemon(true);56     thread1.start();57     thread2.start();58     thread1.join();59     thread2.join();60 }

 1 private static void communicationTest2() throws InterruptedException, IOException 2 { 3     final PipedWriter pw = new PipedWriter(); 4     final PipedReader pr = new PipedReader(pw); 5     final BufferedWriter bw = new BufferedWriter(pw); 6     final BufferedReader br = new BufferedReader(pr); 7      8     Thread thread1 = new Thread() 9     {10         public void run()11         {12             13             BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));14             try15             {16                 while(true)17                 {18                     String message = br.readLine();19                     bw.write(message);20                     bw.newLine();21                     bw.flush();22                     if (message.equals("end")) break;23                 }24                 br.close();25                 pw.close();26                 bw.close();27             }28             catch(Exception ex)29             {30                 ex.printStackTrace();31             }32         }33     };34     35     Thread thread2 = new Thread()36     {37         public void run()38         {39             40             String line = null;41             try42             {43                 while((line = br.readLine()) != null)44                 {45                     System.out.println(line);46                     if (line.equals("end")) break;47                 }48                 br.close();49                 pr.close();50             }51             catch(Exception ex)52             {53                 ex.printStackTrace();54             }55         }56     };57     58     thread1.setDaemon(true);59     thread2.setDaemon(true);60     thread1.start();61     thread2.start();62     thread1.join();63     thread2.join();64 }