Java多线程学习

谭庆波

发布于 2018-08-10 10:56:50

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发布于 2018-08-10 10:56:50

文章被收录于专栏：轮子工厂轮子工厂

进程和线程的区别：

进程：每个进程都有独立的代码和数据空间（进程上下文），进程间的切换会有较大的开销，一个进程包含1–n个线程。
线程：同一类线程共享代码和数据空间，每个线程有独立的运行栈和程序计数器(PC)，线程切换开销小。
线程和进程一样分为五个阶段：创建、就绪、运行、阻塞、终止。
多进程是指操作系统能同时运行多个任务（程序）。
多线程是指在同一程序中有多个顺序流在执行。

在java中要想实现多线程，有两种手段，一种是继承Thread类，另外一种是实现Runable接口：

继承java.lang.Thread类：

class Thread1 extends Thread{
    private String name;
    public Thread1(String name) {
       this.name=name;
    }
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(name + "运行  :  " + i);
            try {
                sleep((int) Math.random() * 10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }}public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        Thread1 mTh1=new Thread1("A");
        Thread1 mTh2=new Thread1("B");
        mTh1.start();
        mTh2.start();

    }}

start()方法的调用后并不是立即执行多线程代码，而是使得该线程变为可运行态（Runnable），什么时候运行是由操作系统决定的。
从程序运行的结果可以发现，多线程程序是乱序执行。因此，只有乱序执行的代码才有必要设计为多线程。 Thread.sleep()方法调用目的是不让当前线程独自霸占该进程所获取的CPU资源，以留出一定时间给其他线程执行的机会。
实际上所有的多线程代码执行顺序都是不确定的，每次执行的结果都是随机的。
但是start方法重复调用的话，会出现java.lang.IllegalThreadStateException异常。

Thread1 mTh1=new Thread1("A");Thread1 mTh2=mTh1;mTh1.start();mTh2.start();

实现java.lang.Runnable接口：

class Thread2 implements Runnable{
    private String name;

    public Thread2(String name) {
        this.name=name;
    }
    @Override
    public void run() {
          for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println(name + "运行  :  " + i);
                try {
                    Thread.sleep((int) Math.random() * 10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
    }}public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Thread2("C")).start();
        new Thread(new Thread2("D")).start();
    }}

注：Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。
在启动的多线程的时候，需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象，然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。
实际上所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此，不管是扩展Thread类还是实现Runnable接口来实现多线程，最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的，熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。

Thread和Runnable的区别：

class Thread2 implements Runnable{
    private int count=15;
    @Override
    public void run() {
          for (int i = 0; i < 5; i++) {
              System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行  count= " + count--);
                try {
                    Thread.sleep((int) Math.random() * 10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

    }}public class Main {

    public static void main(String[] args) {

        Thread2 my = new Thread2();
            new Thread(my, "C").start();//同一个mt，但是在Thread中就不可以，如果用同一个实例化对象mt，就会出现异常   
            new Thread(my, "D").start();
            new Thread(my, "E").start();
    }}

注：这里要注意每个线程都是用同一个实例化对象，如果不是同一个，效果就和上面的Thread一样了！
实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：

适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源.
1. 可以避免java中的单继承的限制
2. 增加程序的健壮性，代码可以被多个线程共享，代码和数据独立

提醒一下大家：main方法其实也是一个线程。在java中所以的线程都是同时启动的，至于什么时候，哪个先执行，完全看谁先得到CPU的资源。

在java中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程，一个是垃圾收集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个ＪＶＭ，每一个ｊＶＭ实习在就是在操作系统中启动了一个进程。

线程状态转换

线程状态转换图

新建状态（New）：新创建了一个线程对象。
就绪状态（Runnable）：线程对象创建后，其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，变得可运行，等待获取CPU的使用权。
运行状态（Running）：就绪状态的线程获取了CPU，执行程序代码。
阻塞状态（Blocked）：阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种：（一）、等待阻塞：运行的线程执行wait()方法，JVM会把该线程放入等待池中。（二）、同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池中。（三）、其他阻塞：运行的线程执行sleep()或join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。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。

5.死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

线程调度

调整线程优先级：Java线程有优先级，优先级高的线程会获得较多的运行机会。

java线程的优先级用整数表示，取值是1~10，Thread类有一下三个静态常量： static int MAX_PRIORITY线程可以具有的最高优先级，取值为10。

static int MIN_PRIORITY线程可以具有的最高优先级，取值为1。static int NORM_PRIORITY分配给线程的默认优先级，取值为5。2.Thread类的setPriority()和getPriority()方法分别用来设置和获取线程的优先级。3.线程的优先级有继承关系，比如A线程中创建了B线程，那么B将和A具有相同的优先级。

线程睡眠：Thread.sleep(long millis)方法，使线程转到阻塞状态。millis参数设定睡眠的时间，以毫秒为单位。当睡眠结束后，就转为就绪（Runnable）状态。sleep()平台移植性好。
线程等待：Object类中的wait()方法，导致当前的线程等待，直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 唤醒方法。这个两个唤醒方法也是Object类中的方法，行为等价于调用 wait(0) 一样。
线程让步：Thread.yield() 方法，暂停当前正在执行的线程对象，把执行机会让给相同或者更高优先级的线程。
线程加入：join()方法，等待其他线程终止。在当前线程中调用另一个线程的join()方法，则当前线程转入阻塞状态，直到另一个进程运行结束，当前线程再由阻塞转为就绪状态。
线程唤醒：Object类中的notify()方法，唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。如果所有线程都在此对象上等待，则会选择唤醒其中一个线程。选择是任意性的，并在对实现做出决定时发生。线程通过调用其中一个 wait 方法，在对象的监视器上等待。直到当前的线程放弃此对象上的锁定，才能继续执行被唤醒的线程。被唤醒的线程将以常规方式与在该对象上主动同步的其他所有线程进行竞争；例如，唤醒的线程在作为锁定此对象的下一个线程方面没有可靠的特权或劣势。类似的方法还有一个notifyAll()，唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。

常用函数说明

sleep(long millis): 在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行）
join():指等待t线程终止。join:
- 这里需要理解的就是该线程是指的主线程等待子线程的终止。也就是在子线程调用了join()方法后面的代码，只有等到子线程结束了才能执行。

             Thread t = new AThread(); t.start(); t.join();

在很多情况下，主线程生成并起动了子线程，如果子线程里要进行大量的耗时的运算，主线程往往将于子线程之前结束，但是如果主线程处理完其他的事务后，需要用到子线程的处理结果，也就是主线程需要等待子线程执行完成之后再结束，这个时候就要用到join()方法了。

class Thread1 extends Thread{
    private String name;
    public Thread1(String name) {
        super(name);
       this.name=name;
    }
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 线程运行开始!");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("子线程"+name + "运行 : " + i);
            try {
                sleep((int) Math.random() * 10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 线程运行结束!");
    }}public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"主线程运行开始!");
        Thread1 mTh1=new Thread1("A");
        Thread1 mTh2=new Thread1("B");
        mTh1.start();
        mTh2.start();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "主线程运行结束!");

    }}

运行结果：

main主线程运行开始!

main主线程运行结束!

A 线程运行开始!

B 线程运行开始!

子线程A运行 : 0

子线程B运行 : 0

子线程A运行 : 1

子线程A运行 : 2

子线程A运行 : 3

子线程A运行 : 4

子线程B运行 : 1

子线程B运行 : 2

子线程B运行 : 3

子线程B运行 : 4

B 线程运行结束!

A 线程运行结束!

发现主线程比子线程早结束。
加join：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"主线程运行开始!");
        Thread1 mTh1=new Thread1("A");
        Thread1 mTh2=new Thread1("B");
        mTh1.start();
        mTh2.start();
        try {
            mTh1.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        try {
            mTh2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "主线程运行结束!");
    }}

运行结果：

main主线程运行开始!

A 线程运行开始!

B 线程运行开始!

子线程B运行 : 0

子线程A运行 : 0

子线程B运行 : 1

子线程B运行 : 2

子线程B运行 : 3

子线程B运行 : 4

B 线程运行结束!

子线程A运行 : 1

子线程A运行 : 2

子线程A运行 : 3

子线程A运行 : 4

A 线程运行结束!

main主线程运行结束!

主线程一定会等子线程都结束了再结束。

yield():暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。

yield()应该做的是让当前运行线程回到可运行状态，以允许具有相同优先级的其他线程获得运行机会。因此，使用yield()的目的是让相同优先级的线程之间能适当的轮转执行。但是，实际中无法保证yield()达到让步目的，因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。

class ThreadYield extends Thread{
    public ThreadYield(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 50; i++) {
            System.out.println("" + this.getName() + "-----" + i);
            // 当i为30时，该线程就会把CPU时间让掉，让其他或者自己的线程执行（也就是谁先抢到谁执行）
            if (i ==30) {
                this.yield();
            }
        }}}public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadYield yt1 = new ThreadYield("张三");
        ThreadYield yt2 = new ThreadYield("李四");
        yt1.start();
        yt2.start();
    }}

运行结果：

第一种情况：李四（线程）当执行到30时会CPU时间让掉，这时张三（线程）抢到CPU时间并执行。第二种情况：李四（线程）当执行到30时会CPU时间让掉，这时李四（线程）抢到CPU时间并执行。

sleep()和yield()的区别

sleep()和yield()的区别):sleep()使当前线程进入停滞状态，所以执行sleep()的线程在指定的时间内肯定不会被执行；yield()只是使当前线程重新回到可执行状态，所以执行yield()的线程有可能在进入到可执行状态后马上又被执行。
yield()方法称为“退让”，它把运行机会让给了同等优先级的其他线程
sleep 方法允许较低优先级的线程获得运行机会，但 yield() 方法执行时，当前线程仍处在可运行状态，所以，不可能让出较低优先级的线程些时获得 CPU 占有权。

setPriority(): 更改线程的优先级。

用法：

Thread4 t1 = new Thread4("t1");

Thread4 t2 = new Thread4("t2");

t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);

t2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

interrupt():

中断某个线程，这种结束方式比较粗暴，如果t线程打开了某个资源还没来得及关闭也就是run方法还没有执行完就强制结束线程，会导致资源无法关闭
要想结束进程最好的办法就是用sleep()函数的例子程序里那样，在线程类里面用以个boolean型变量来控制run()方法什么时候结束，run()方法一结束，该线程也就结束了。wait()
Obj.wait()，与Obj.notify()必须要与synchronized(Obj)一起使用，也就是wait,与notify是针对已经获取了Obj锁进行操作，从语法角度来说就是Obj.wait(),Obj.notify必须在synchronized(Obj){…}语句块内。从功能上来说wait就是说线程在获取对象锁后，主动释放对象锁，同时本线程休眠。直到有其它线程调用对象的notify()唤醒该线程，才能继续获取对象锁，并继续执行。相应的notify()就是对对象锁的唤醒操作。但有一点需要注意的是notify()调用后，并不是马上就释放对象锁的，而是在相应的synchronized(){}语句块执行结束，自动释放锁后，JVM会在wait()对象锁的线程中随机选取一线程，赋予其对象锁，唤醒线程，继续执行。这样就提供了在线程间同步、唤醒的操作。Thread.sleep()与Object.wait()二者都可以暂停当前线程，释放CPU控制权，主要的区别在于Object.wait()在释放CPU同时，释放了对象锁的控制。
经典的面试题，题目要求如下：建立三个线程，A线程打印10次A，B线程打印10次B,C线程打印10次C，要求线程同时运行，交替打印10次ABC。这个问题用Object的wait()，notify()就可以很方便的解决。代码如下：

public class MyThreadPrinter2 implements Runnable {     
    private String name;   
    private Object prev;   
    private Object self;   
    private MyThreadPrinter2(String name, Object prev, Object self) {   
        this.name = name;   
        this.prev = prev;   
        this.self = self;   
    }   
    public void run() {   
        int count = 10;   
        while (count > 0) {   
            synchronized (prev) {   
                synchronized (self) {   
                    System.out.print(name);   
                    count--;  
                    self.notify();   
                }   
                try {   
                    prev.wait();   
                } catch (InterruptedException e) {   
                    e.printStackTrace();   
                }   
            }   
        }   
    }   
    public static void main(String[] args) throws Exception {   
        Object a = new Object();   
        Object b = new Object();   
        Object c = new Object();   
        MyThreadPrinter2 pa = new MyThreadPrinter2("A", c, a);   
        MyThreadPrinter2 pb = new MyThreadPrinter2("B", a, b);   
        MyThreadPrinter2 pc = new MyThreadPrinter2("C", b, c);   
        new Thread(pa).start();
        Thread.sleep(100);  //确保按顺序A、B、C执行
        new Thread(pb).start();
        Thread.sleep(100);  
        new Thread(pc).start();   
        Thread.sleep(100);  
        }   }

输出结果：

ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC

wait和sleep区别

共同点：

他们都是在多线程的环境下，都可以在程序的调用处阻塞指定的毫秒数，并返回。
wait()和sleep()都可以通过interrupt()方法打断线程的暂停状态，从而使线程立刻抛出InterruptedException。

不同点：

Thread类的方法：sleep(),yield()等
Object的方法：wait()和notify()等
每个对象都有一个锁来控制同步访问。Synchronized关键字可以和对象的锁交互，来实现线程的同步。 sleep方法没有释放锁，而wait方法释放了锁，使得其他线程可以使用同步控制块或者方法。
wait，notify和notifyAll只能在同步控制方法或者同步控制块里面使用，而sleep可以在任何地方使用
sleep必须捕获异常，而wait，notify和notifyAll不需要捕获异常

常见线程名词解释

主线程：JVM调用程序main()所产生的线程。
当前线程：这个是容易混淆的概念。一般指通过Thread.currentThread()来获取的进程。
后台线程：指为其他线程提供服务的线程，也称为守护线程。JVM的垃圾回收线程就是一个后台线程。用户线程和守护线程的区别在于，是否等待主线程依赖于主线程结束而结束
前台线程：是指接受后台线程服务的线程，其实前台后台线程是联系在一起，就像傀儡和幕后操纵者一样的关系。傀儡是前台线程、幕后操纵者是后台线程。由前台线程创建的线程默认也是前台线程。
可以通过isDaemon()和setDaemon()方法来判断和设置一个线程是否为后台线程。

线程同步

synchronized关键字的作用域有二种：

是某个对象实例内，synchronized aMethod(){}可以防止多个线程同时访问这个对象的synchronized方法（如果一个对象有多个synchronized方法，只要一个线程访问了其中的一个synchronized方法，其它线程不能同时访问这个对象中任何一个synchronized方法）。这时，不同的对象实例的synchronized方法是不相干扰的。也就是说，其它线程照样可以同时访问相同类的另一个对象实例中的synchronized方法；
是某个类的范围，synchronized static aStaticMethod{}防止多个线程同时访问这个类中的synchronized static 方法。它可以对类的所有对象实例起作用。

除了方法前用synchronized关键字，synchronized关键字还可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。用法是: synchronized(this){/区块/}，它的作用域是当前对象；
synchronized关键字是不能继承的，也就是说，基类的方法synchronized f(){} 在继承类中并不自动是synchronized f(){}，而是变成了f(){}。继承类需要你显式的指定它的某个方法为synchronized方法；
总结：

synchronized关键字可以作为函数的修饰符，也可作为函数内的语句，也就是平时说的同步方法和同步语句块。
无论synchronized关键字加在方法上还是对象上，它取得的锁都是对象，而不是把一段代码或函数当作锁――而且同步方法很可能还会被其他线程的对象访问。
每个对象只有一个锁（lock）与之相关联。
实现同步是要很大的系统开销作为代价的，甚至可能造成死锁，所以尽量避免无谓的同步控制。

Class Foo{public synchronized static void methodAAA()   // 同步的static 函数

{//….}

public void methodBBB(){
       synchronized(Foo.class)   //  class literal(类名称字面常量)}
       }

代码中的methodBBB()方法是把class literal作为锁的情况，它和同步的static函数产生的效果是一样的，取得的锁很特别，是当前调用这个方法的对象所属的类。

1. 线程同步的目的是为了保护多个线程反问一个资源时对资源的破坏。 2. 线程同步方法是通过锁来实现，每个对象都有切仅有一个锁，这个锁与一个特定的对象关联。 3. 对于静态同步方法，锁是针对这个类的，锁对象是该类的Class对象。静态和非静态方法的锁互不干预。 4. 对于同步，要时刻清醒在哪个对象上同步，这是关键。 5. 编写线程安全的类，需要时刻注意对多个线程竞争访问资源的逻辑和安全做出正确的判断 6. 当多个线程等待一个对象锁时，没有获取到锁的线程将发生阻塞。 7. 死锁是线程间相互等待锁锁造成的，在实际中发生的概率非常的小。

线程数据传递

在传统的同步开发模式下，当我们调用一个函数时，通过这个函数的参数将数据传入，并通过这个函数的返回值来返回最终的计算结果。但在多线程的异步开发模式下，数据的传递和返回和同步开发模式有很大的区别。由于线程的运行和结束是不可预料的，因此，在传递和返回数据时就无法象函数一样通过函数参数和return语句来返回数据。
通过构造方法传递数据

在创建线程时，必须要建立一个Thread类的或其子类的实例。因此，我们不难想到在调用start方法之前通过线程类的构造方法将数据传入线程。并将传入的数据使用类变量保存起来，以便线程使用(其实就是在run方法中使用)。

通过变量和方法传递数据

向对象中传入数据一般有两次机会，第一次机会是在建立对象时通过构造方法将数据传入，另外一次机会就是在类中定义一系列的public的方法或变量（也可称之为字段）。然后在建立完对象后，通过对象实例逐个赋值。

通过回调函数传递数据

class Data {

 public int value = 0;

 } 
class Work {

 public void process(Data data, Integer numbers) {

 for (int n : numbers) {

 data.value += n; 
} } } 
public class MyThread3 extends Thread {

 private Work work; 
public MyThread3(Work work) {

 this.work = work; 
} 
public void run() {

 java.util.Random random = new java.util.Random();

 Data data = new Data(); 
int n1 = random.nextInt(1000);

 int n2 = random.nextInt(2000); 
int n3 = random.nextInt(3000);

 work.process(data, n1, n2, n3); // 使用回调函数 

System.out.println(String.valueOf(n1) + "+" + String.valueOf(n2) + "+" + String.valueOf(n3) + "=" + data.value);

 } 
public static void main(String[] args) {

 Thread thread = new MyThread3(new Work());

 thread.start(); 
} }

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原始发表：2018-03-23，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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