java多线程基础篇

工作了很久,期间经历了很多,收获了很多的同时也有了更多的困惑,这种困惑可能会带给我更好的进步!

引

java作为一门生存了很久的语言，有很多特别游泳的功能，其中多线程技术完美的解决了并发问题。了解多线程首先要了解几个基础概念：

1:多进程有什么意义呢?
单进程的计算机只能做一件事情，而我们现在的计算机都可以做多件事情。
举例：一边玩游戏(游戏进程)，一边听音乐(音乐进程)。
也就是说现在的计算机都是支持多进程的，可以在一个时间段内执行多个任务。
并且呢，可以提高CPU的使用率。
2.问题：
一边玩游戏，一边听音乐是同时进行的吗?
不是。因为单CPU在某一个时间点上只能做一件事情。
而我们在玩游戏，或者听音乐的时候，是CPU在做着程序间的高效切换让我们觉得是同时进行的。

3:多线程有什么意义呢?
多线程的存在，不是提高程序的执行速度。其实是为了提高应用程序的使用率。
程序的执行其实都是在抢CPU的资源，CPU的执行权。
多个进程是在抢这个资源，而其中的某一个进程如果执行路径比较多，就会有更高的几率抢到CPU的执行权。
不敢保证哪一个线程能够在哪个时刻抢到，所以线程的执行有随机性。

4：并行和并发。
前者是逻辑上同时发生，指在某一个时间内同时运行多个程序。
后者是物理上同时发生，指在某一个时间点同时运行多个程序。

线程的生命周期

关于Java中线程的生命周期，首先看一下下面这张较为经典的图：

new:表示线程刚刚创建完毕，处于新生阶段

runnable：线程在start之后，会处于可执行状态，这种状态就是说一旦cpu获取到执行权，那么随时可以执行（这里边线程想要执行只能从runnable状态进入）

running：线程启动之后的运行状态，此时会处理任务中的逻辑（调用yield()方法后，线程会让步出执行权，进而处于可执行状态）

blocked：运行中的线程在sleep（）、join（）之后线程会处于阻塞状态，当sleep（）或者join（）结束之后会回滚到runnable状态，去等待重新获取cpu执行权。

注：wait(), notify() and notifyAll()都是object类中三个final方法。sleep(),join()是线程本身的方法。方法wait() 是无限期(一直)等待，直到其它线程调用notify或notifyAll方法唤醒当前的线程。

阻塞状态也分为三种：

1.等待阻塞：运行状态中的线程执行wait()方法，使本线程进入到等待阻塞状态；

2.同步阻塞 ： 线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态，如果获取到同步锁之后有会重新回到runnable状态；

3.其他阻塞 -- 通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。

dead：程序执行完毕，或者因异常退出了run()方法。

线程的创建和启动

1.继承Thread类，重写该类的run()方法。

class MyThread extends Thread {        private int i = 0;    @Override    public void run() {        for (i = 0; i < 100; i++) {            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);        }    }}

public class ThreadTest {    public static void main(String[] args) {        for (int i = 0; i < 100; i++) {            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);            if (i == 30) {                Thread myThread1 = new MyThread();     // 创建一个新的线程  myThread1  此线程进入新建状态                Thread myThread2 = new MyThread();     // 创建一个新的线程 myThread2 此线程进入新建状态                myThread1.start();                     // 调用start()方法使得线程进入就绪状态                myThread2.start();                     // 调用start()方法使得线程进入就绪状态            }        }    }}

如上所示，继承Thread类，通过重写run()方法定义了一个新的线程类MyThread，其中run()方法的方法体代表了线程需要完成的任务，称之为线程执行体。当创建此线程类对象时一个新的线程得以创建，并进入到线程新建状态。通过调用线程对象引用的start()方法，使得该线程进入到就绪状态，此时此线程并不一定会马上得以执行，这取决于CPU调度时机。
2.实现Runnable接口，并重写该接口的run()方法，该run()方法同样是线程执行体，创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread类的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。

class MyRunnable implements Runnable {    private int i = 0;    @Override    public void run() {        for (i = 0; i < 100; i++) {            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);        }    }}

public class ThreadTest {    public static void main(String[] args) {        for (int i = 0; i < 100; i++) {            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);            if (i == 30) {                Runnable myRunnable = new MyRunnable(); // 创建一个Runnable实现类的对象                Thread thread1 = new Thread(myRunnable); // 将myRunnable作为Thread target创建新的线程                Thread thread2 = new Thread(myRunnable);                thread1.start(); // 调用start()方法使得线程进入就绪状态                thread2.start();            }        }    }}

相信以上两种创建新线程的方式大家都很熟悉了，那么Thread和Runnable之间到底是什么关系呢？我们首先来看一下下面这个例子。

public class ThreadTest {    public static void main(String[] args) {        for (int i = 0; i < 100; i++) {            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);            if (i == 30) {                Runnable myRunnable = new MyRunnable();                Thread thread = new MyThread(myRunnable);                thread.start();            }        }    }}class MyRunnable implements Runnable {    private int i = 0;    @Override    public void run() {        System.out.println("in MyRunnable run");        for (i = 0; i < 100; i++) {            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);        }    }}class MyThread extends Thread {    private int i = 0;        public MyThread(Runnable runnable){        super(runnable);    }    @Override    public void run() {        System.out.println("in MyThread run");        for (i = 0; i < 100; i++) {            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);        }    }}

同样的，与实现Runnable接口创建线程方式相似，不同的地方在于

1 Thread thread = new MyThread(myRunnable);

那么这种方式可以顺利创建出一个新的线程么？答案是肯定的。至于此时的线程执行体到底是MyRunnable接口中的run()方法还是MyThread类中的run()方法呢？通过输出我们知道线程执行体是MyThread类中的run()方法。其实原因很简单，因为Thread类本身也是实现了Runnable接口，而run()方法最先是在Runnable接口中定义的方法。

1 public interface Runnable {2    3     public abstract void run();4     5 }

我们看一下Thread类中对Runnable接口中run()方法的实现：

@Override    public void run() {        if (target != null) {            target.run();        }    }

也就是说，当执行到Thread类中的run()方法时，会首先判断target是否存在，存在则执行target中的run()方法，也就是实现了Runnable接口并重写了run()方法的类中的run()方法。但是上述给到的列子中，由于多态的存在，根本就没有执行到Thread类中的run()方法，而是直接先执行了运行时类型即MyThread类中的run()方法。

3.使用Callable和Future接口创建线程。具体是创建Callable接口的实现类，并实现clall()方法。并使用FutureTask类来包装Callable实现类的对象，且以此FutureTask对象作为Thread对象的target来创建线程。

public class ThreadTest {    public static void main(String[] args) {        Callable<Integer> myCallable = new MyCallable();    // 创建MyCallable对象        FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<Integer>(myCallable); //使用FutureTask来包装MyCallable对象        for (int i = 0; i < 100; i++) {            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);            if (i == 30) {                Thread thread = new Thread(ft);   //FutureTask对象作为Thread对象的target创建新的线程                thread.start();                      //线程进入到就绪状态            }        }        System.out.println("主线程for循环执行完毕..");                try {            int sum = ft.get();            //取得新创建的新线程中的call()方法返回的结果            System.out.println("sum = " + sum);        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        } catch (ExecutionException e) {            e.printStackTrace();        }    }}class MyCallable implements Callable<Integer> {    private int i = 0;    // 与run()方法不同的是，call()方法具有返回值    @Override    public Integer call() {        int sum = 0;        for (; i < 100; i++) {            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);            sum += i;        }        return sum;    }}

首先，我们发现，在实现Callable接口中，此时不再是run()方法了，而是call()方法，此call()方法作为线程执行体，同时还具有返回值！在创建新的线程时，是通过FutureTask来包装MyCallable对象，同时作为了Thread对象的target。那么看下FutureTask类的定义：

 public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {2     3     //....4     5 }1 public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {2     3     void run();4     5 }

于是，我们发现FutureTask类实际上是同时实现了Runnable和Future接口，由此才使得其具有Future和Runnable双重特性。通过Runnable特性，可以作为Thread对象的target，而Future特性，使得其可以取得新创建线程中的call()方法的返回值。

执行下此程序，我们发现sum = 4950永远都是最后输出的。而“主线程for循环执行完毕..”则很可能是在子线程循环中间输出。由CPU的线程调度机制，我们知道，“主线程for循环执行完毕..”的输出时机是没有任何问题的，那么为什么sum =4950会永远最后输出呢？

原因在于通过ft.get()方法获取子线程call()方法的返回值时，当子线程此方法还未执行完毕，ft.get()方法会一直阻塞，直到call()方法执行完毕才能取到返回值。

上述主要讲解了三种常见的线程创建方式，对于线程的启动而言，都是调用线程对象的start()方法，需要特别注意的是：不能对同一线程对象两次调用start()方法。