Java 多线程编程

Java 给多线程编程提供了内置的支持。一个多线程程序包含两个或多个能并发运行的部分。程序的每一部分都称作一个线程，并且每个线程定义了一个独立的执行路径。

多线程是多任务的一种特别的形式。多线程比多任务需要更小的开销。

这里定义和线程相关的另一个术语：进程：一个进程包括由操作系统分配的内存空间，包含一个或多个线程。一个线程不能独立的存在，它必须是进程的一部分。一个进程一直运行，直到所有的非守候线程都结束运行后才能结束。

多线程能满足程序员编写非常有效率的程序来达到充分利用 CPU 的目的，因为 CPU 的空闲时间能够保持在最低限度。

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一个线程的生命周期

线程经过其生命周期的各个阶段tgcode。下图显示了一个线程完整的生命周期。

• 新建（new Thread）

  当创建Thread类的一个实例（对象）时，此线程进入新建状态（未被启动）。
  
  例如：Thread t1=new Thread();

• 就绪（runnable）
  线程已经被启动，正在等待被分配给 CPU 时间片，也就是说此时线程正在就绪队列中排队等候得到 CPU 资源。
  例如：t1.start();

• 运行（running）
  线程获得 CPU 资源正在执行任务（ run() 方法），此时除非此线程自动放弃 CPU 资源或者有优先级更高的线程进入，线程将一直运行到结束。
  

• 堵塞（blocked）由于某种原因导致正在运行的线程让出CPU并暂停自己的执行，即进入堵塞状态。

  正在睡眠：用 sleep(long t) 方法可使线程进入睡眠方式。一个睡眠着的线程在指定的时间过去可进入就绪状态。

  正在等待：调用 wait() 方法。（调用 motify() 方法回到就绪状态）

  被另一个线程所阻塞：调用 suspend() 方法。（调用 resume() 方法恢复）

• 死亡（dead）当线程执行完毕或被其它线程杀死，线程就进入死亡状态，这时线程不可能再进入就绪状态等待执行。

  自然终止：正常运行 run() 方法后终止

  异常终止：调用 stop() 方法让一个线程终止运行

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线程的优先级

每一个 Java 线程都有一个优先级，这样有助于操作系统确定线程的调度顺序。Java 优先级在 MIN_PRIORITY（1）和 MAX_PRIORITY（10）之间的范围内。默认情况下，每一个线程都会分配一个优先级NORM_PRIORITY（5）。

具有较高优先级的线程对程序更重要，并且应该在低优先级的线程之前分配处理器时间。然而，线程优先级不能保证线程执行的顺序，而且非常依赖于平台。

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创建一个线程

Java 提供了三种创建线程方法：

• 通过实现 Runnable 接口；

• 通过继承 Thread 类本身；

• 通过 Callable 和 Future 创建线程。

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通过实现 Runnable 接口来创建线程

创建一个线程，最简单的方法是创建一个实现 Runnable 接口的类。

为了实现 Runnable，一个类只需要执行一个方法调用 run()，声明如下：

public voidrun()

你可以重写该方法，重要的是理解的 run() 可以调用其他方法，使用其他类，并声明变量，就像主线程一样。

在创建一个实现 Runnable 接口的类之后，你可以在类中实例化一个线程对象。

Thread定义了几个构造方法，下面的这个是我们经常使用的：

Thread(RunnablethreadOb,StringthreadName);

这里，threadOb 是一个实现 Runnable 接口的类的实例，并且 threadName 指定新线程的名字。

新线程创建之后，你调用它的start()方法它才会运行。

voidstart();

实例

下面是一个创建线程并开始让它执行的实例：

//创建一个新的线程
classNewThreadimplementsRunnable{
Threadt;
NewThread(){
//创建第二个新线程
t=newThread(this,"DemoThread");
System.out.println("Childthread:"+t);
t.start();//开始线程
}

//第二个线程入口
publicvoidrun(){
try{
for(inti=5;i>0;i--){
System.out.println("ChildThread:"+i);
//暂停线程
Thread.sleep(50);
}
}catch(InterruptedExceptione){
System.out.println("Childinterrupted.");
}
System.out.println("Exitingchildthread.");
}
}

publicclassThreadDemo{
publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
newNewThread();//创建一个新线程
try{
for(inti=5;i>0;i--){
System.out.println("MainThread:"+i);
Thread.sleep(100);
}
}catch(InterruptedExceptione){
System.out.println("Mainthreadinterrupted.");
}
System.out.println("Mainthreadexiting.");
}
}

编译以上程序运行结果如下：

Childthread:Thread[DemoThread,5,main]
MainThread:5
ChildThread:5
ChildThread:4
MainThread:4
ChildThread:3
ChildThread:2
MainThread:3
ChildThread:1
Exitingchildthread.
MainThread:2
MainThread:1
Mainthreadexiting.

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通过继承 Thread 来创建线程

创建一个线程的第二种方法是创建一个新的类，该类继承 Thread 类，然后创建一个该类的实例。

继承类必须重写 run() 方法，该方法是新线程的入口点。它也必须调用 start() 方法才能执行。

该方法尽管被列为一种多线程实现方式，但是本质上也是实现了 Runnable 接口的一个实例。

实例

//通过继承Thread创建线程
classNewThreadextendsThread{
NewThread(){
//创建第二个新线程
super("DemoThread");
System.out.println("Childthread:"+this);
start();//开始线程
}

//第二个线程入口
publicvoidrun(){
try{
for(inti=5;i>0;i--){
System.out.println("ChildThread:"+i);
//让线程休眠一会
Thread.sleep(50);
}
}catch(InterruptedExceptione){
System.out.println("Childinterrupted.");
}
System.out.println("Exitingchildthread.");
}
}

publicclassExtendThread{
publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
newNewThread();//创建一个新线程
try{
for(inti=5;i>0;i--){
System.out.println("MainThread:"+i);
Thread.sleep(100);
}
}catch(InterruptedExceptione){
System.out.println("Mainthreadinterrupted.");
}
System.out.println("Mainthreadexiting.");
}
}

编译以上程序运行结果如下：

Childthread:Thread[DemoThread,5,main]
MainThread:5
ChildThread:5
ChildThread:4
MainThread:4
ChildThread:3
ChildThread:2
MainThread:3
ChildThretgcodead:1
Exitingchildthread.
MainThread:2
MainThread:1
Mainthreadexiting.

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Thread 方法

下表列出了Thread类的一些重要方法：

序号	方法描述
1	public void start() 使该线程开始执行；Java 虚拟机调用该线程的run方法。
2	public void run() 如果该线程是使用独立的Runnable运行对象构造的，则调用该Runnable对象的run方法；否则，该方法不执行任何操作并返回。
3	public final void setName(String name) 改变线程名称，使之与参数name相同。
4	public final void setPriority(int priority) 更改线程的优先级。
5	public final void setDaemon(boolean on) 将该线程标记为守护线程或用户线程。
6	public final void join(long millisec) 等待该线程终止的时间最长为millis毫秒。
7	public void interrupt() 中断线程。
8	public final boolean isAlive() 测试线程是否处于活动状态。

测试线程是否处于活动状态。 上述方法是被Thread对象调用的。下面的方法是Thread类的静态方法。

序号	方法描述
1	public static void yield() 暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。
2	public static void sleep(long millisec) 在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行），此操作受到系统计时器和调度程序精度和准确性的影响。
3	public static boolean holdsLock(Object x) 当且仅当当前线程在指定的对象上保持监视器锁时，才返回true。
4	public static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用。
5	public static void dumpStack() 将当前线程的堆栈跟踪打印至标准错误流。

实例

如下的ThreadClassDemo 程序演示了Thread类的一些方法：

//文件名:DisplayMessage.java
//通过实现Runnable接口创建线程
publicclassDisplayMessageimplementsRunnable
{
privateStringmessage;
publicDisplayMessage(Stringmessage)
{
this.message=message;
}
publicvoidrun()
{
while(true)
{
System.out.println(message);
}
}
}

GuessANumber.java 文件代码：

//文件名:GuessANumber.java
//通过继承Thread类创建线程

publicclassGuessANumberextendsThread
{
privateintnumber;
publicGuessANumber(intnumber)
{
this.number=number;
}
publicvoidrun()
{
intcounter=0;
intguess=0;
do
{
guess=(int)(Math.random()*100+1);
System.out.println(this.getName()
+"guesses"+guess);
counter++;
}while(guess!=number);
System.out.println("**Correct!"+this.getName()
+"in"+counter+"guesses.**");
}
}

ThreadClassDemo.java 文件代码：

//文件名:ThreadClassDemo.java
publicclassThreadClassDemo
{
publicstaticvoidmain(String[]args)
{
Runnablehello=newDisplayMessage("Hello");
Threadthread1=newThread(hello);
thread1.setDaemon(true);
thread1.setName("hello");
System.out.println("Startinghellothread...");
thread1.start();

Runnablebye=newDisplayMessage("Goodbye");
Threadthread2=newThread(bye);
thread2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
thread2.setDaemon(true);
System.out.println("Startinggoodbyethread...");
thread2.start();

System.out.println("Startingthread3...");
Threadthread3=newGuessANumber(27);
thread3.start();
try
{
thread3.join();
}catch(InterruptedExceptione)
{
System.out.println("Threadinterrupted.");
}
System.out.println("Startingthread4...");
Threadthread4=newGuessANumber(75);

thread4.start();
System.out.println("main()isending...tgcode");
}
}

运行结果如下，每一次运行的结果都不一样。

Startinghellothread...
Startinggoodbyethread...
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Starting thread3...
Hello
Hello
Startingthread4...
Hello
Hello
main() is ending...

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通过 Callable 和 Future 创建线程

• 1. 创建 Callable 接口的实现类，并实现 call() 方法，该 call() 方法将作为线程执行体，并且有返回值。
• 2. 创建 Callable 实现类的实例，使用 FutureTask 类来包装 Callable 对象，该 FutureTask 对象封装了该 Callable 对象的 call() 方法的返回值。
• 3. 使用 FutureTask 对象作为 Thread 对象的 target 创建并启动新线程。
• 4. 调用 FutureTask 对象的 get() 方法来获得子线程执行结束后的返回值。

实例

public class CallableThreadTest implements Callable {
    public static void main(String[] args)  
    {  
        CallableThreadTest ctt = new CallableThreadTest();  
        FutureTask ft = new FutureTask(ctt);  
        for(int i = 0;i 

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创建线程的三种方式的对比

• 1. 采用实现 Runnable、Callable 接口的方式创建多线程时，线程类只是实现了 Runnable 接口或 Callable 接口，还可以继承其他类。
• 2. 使用继承 Thread 类的方式创建多线程时，编写简单，如果需要访问当前线程，则无需使用 Thread.currentThread() 方法，直接使用 this 即可获得当前线程。

线程的几个主要概念

在多线程编程时，你需要了解以下几个概念：

• 线程同步

• 线程间通信

• 线程死锁

• 线程控制：挂起、停止和恢复

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多线程的使用

有效利用多线程的关键是理解程序是并发执行而不是串行执行的。例如：程序中有两个子系统需要并发执行，这时候就需要利用多线程编程。

通过对多线程的使用，可以编写出非常高效的程序。不过请注意，如果你创建太多的线程，程序执行的效率实际上是降低了，而不是提升了。

请记住，上下文的切换开销也很重要，如果你创建了太多的线程，CPU 花费在上下文的切换的时间将多于执行程序的时间！