【Java基本功】一文了解Java多线程的基础知识点

本文主要讲了java中多线程的使用方法、线程同步、线程数据传递、线程状态及相应的一些线程函数用法、概述等。在这之前，首先让我们来了解下在操作系统中进程和线程的区别：

　　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。（进程是资源分配的最小单位）

　　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。（线程是cpu调度的最小单位）

　　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，一种是继续Thread类，另外一种是实现Runable接口.(其实准确来讲，应该有三种，还有一种是实现Callable接口，并与Future、线程池结合使用

构造方法
Thread类中不同的构造方法接受如下参数的不同组合：

一个Runnable对象，这种情况下，Thread.start方法将会调用对应Runnable对象的run方法。如果没有提供Runnable对象，那么就会立即得到一个Thread.run的默认实现。

一个作为线程标识名的String字符串，该标识在跟踪和调试过程中会非常有用，除此别无它用。

线程组（ThreadGroup），用来放置新创建的线程，如果提供的ThreadGroup不允许被访问，那么就会抛出一个SecurityException 。



Thread对象拥有一个守护(daemon)标识属性，这个属性无法在构造方法中被赋值，但是可以在线程启动之前设置该属性(通过setDaemon方法)。

当程序中所有的非守护线程都已经终止，调用setDaemon方法可能会导致虚拟机粗暴的终止线程并退出。

isDaemon方法能够返回该属性的值。守护状态的作用非常有限，即使是后台线程在程序退出的时候也经常需要做一些清理工作。

（daemon的发音为”day-mon”,这是系统编程传统的遗留，系统守护进程是一个持续运行的进程，比如打印机队列管理，它总是在系统中运行。）

每个线程都有一个相关的Boolean类型的中断标识。在线程t上调用t.interrupt会将该线程的中断标识设为true，除非线程t正处于Object.wait,Thread.sleep,或者Thread.join,这些情况下interrupt调用会导致t上的这些操作抛出InterruptedException异常，但是t的中断标识会被设为false。

任何一个线程的中断状态都可以通过调用isInterrupted方法来得到。如果线程已经通过interrupt方法被中断，这个方法将会返回true。

但是如果调用了Thread.interrupted方法且中断标识还没有被重置，或者是线程处于wait，sleep，join过程中，调用isInterrupted方法将会抛出InterruptedException异常。

调用t.join()方法将会暂停执行调用线程，直到线程t执行完毕：当t.isAlive()方法返回false的时候调用t.join()将会直接返回(return)。

另一个带参数毫秒(millisecond)的join方法在被调用时，如果线程没能够在指定的时间内完成，调用线程将重新得到控制权。

因为isAlive方法的实现原理，所以在一个还没有启动的线程上调用join方法是没有任何意义的。同样的，试图在一个还没有创建的线程上调用join方法也是不明智的。

起初，Thread类还支持一些另外一些控制方法：suspend,resume,stop以及destroy。这几个方法已经被声明过期。其中destroy方法从来没有被实现，估计以后也不会。而通过使用等待/唤醒机制增加suspend和resume方法在安全性和可靠性的效果有所欠缺

静态方法
Thread类中的部分方法被设计为只适用于当前正在运行的线程（即调用Thread方法的线程）。为强调这点，这些方法都被声明为静态的。

Thread.currentThread方法会返回当前线程的引用，得到这个引用可以用来调用其他的非静态方法，比如Thread.currentThread().getPriority()会返回调用线程的优先级。

Thread.interrupted方法会清除当前线程的中断状态并返回前一个状态。（一个线程的中断状态是不允许被其他线程清除的）

Thread.sleep(long msecs)方法会使得当前线程暂停执行至少msecs毫秒。

Thread.yield方法纯粹只是建议Java虚拟机对其他已经处于就绪状态的线程（如果有的话）调度执行，而不是当前线程。最终Java虚拟机如何去实现这种行为就完全看其喜好了。

每一个线程都是一个线程组中的成员。默认情况下，新建线程和创建它的线程属于同一个线程组。线程组是以树状分布的。

当创建一个新的线程组，这个线程组成为当前线程组的子组。getThreadGroup方法会返回当前线程所属的线程组，对应地，ThreadGroup类也有方法可以得到哪些线程目前属于这个线程组，比如enumerate方法。

ThreadGroup类存在的一个目的是支持安全策略来动态的限制对该组的线程操作。比如对不属于同一组的线程调用interrupt是不合法的。

这是为避免某些问题(比如，一个applet线程尝试杀掉主屏幕的刷新线程)所采取的措施。ThreadGroup也可以为该组所有线程设置一个最大的线程优先级。

线程组往往不会直接在程序中被使用。在大多数的应用中，如果仅仅是为在程序中跟踪线程对象的分组，那么普通的集合类（比如java.util.Vector）应是更好的选择。

public class 多线程实例 {

    //继承thread
    @Test
    public void test1() {
        class A extends Thread {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("A run");
            }
        }
        A a = new A();
        a.start();
    }

    //实现Runnable
    @Test
    public void test2() {
        class B implements Runnable {

            @Override
            public void run() {
                System.out.println("B run");
            }
        }
        B b = new B();
        //Runable实现类需要由Thread类包装后才能执行
        new Thread(b).start();
    }

    //有返回值的线程
    @Test
    public void test3() {
        Callable callable = new Callable() {
            int sum = 0;
            @Override
            public Object call() throws Exception {
                for (int i = 0;i < 5;i ++) {
                    sum += i;
                }
                return sum;
            }
        };
        //这里要用FutureTask，否则不能加入Thread构造方法
        FutureTask futureTask = new FutureTask(callable);
        new Thread(futureTask).start();
        try {
            System.out.println(futureTask.get());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //线程池实现
    @Test
    public void test4() {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        //execute直接执行线程
        executorService.execute(new Thread());
        executorService.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("runnable");
            }
        });
        //submit提交有返回结果的任务，运行完后返回结果。
        Future future = executorService.submit(new Callable<String>() {
            @Override
            public String call() throws Exception {
                return "a";
            }
        });
        try {
            System.out.println(future.get());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        //有返回值的线程组将返回值存进集合
        for (int i = 0;i < 5;i ++ ) {
            int finalI = i;
            Future future1 = executorService.submit(new Callable<String>() {
                @Override
                public String call() throws Exception {
                    return "res" + finalI;
                }
            });
            try {
                list.add((String) future1.get());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        for (String s : list) {
            System.out.println(s);
        }
    }
}

public class 线程的状态转换 {
//一开始线程是init状态，结束时是terminated状态
class t implements Runnable {
    private String name;
    public t(String name) {
        this.name = name;
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(name + "run");
    }
}

//测试join，父线程在子线程运行时进入waiting状态
@Test
public void test1() throws InterruptedException {
    Thread dad = new Thread(new Runnable() {
        Thread son = new Thread(new t("son"));
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("dad init");
            son.start();
            try {
                //保证子线程运行完再运行父线程
                son.join();
                System.out.println("dad run");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    });
    //调用start，线程进入runnable状态，等待系统调度
    dad.start();
    //在父线程中对子线程实例使用join，保证子线程在父线程之前执行完

}

//测试sleep
@Test
public void test2(){
    Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("t1 run");
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    });

    //主线程休眠。进入time waiting状态
    try {
        Thread.sleep(3000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    t1.start();

}

//线程2进入blocked状态。
public static void main(String[] args) {
    test4();
    Thread.yield();//进入runnable状态
}

//测试blocked状态
public static void test4() {
    class A {
        //线程1获得实例锁以后线程2无法获得实例锁，所以进入blocked状态
        synchronized void run() {
            while (true) {
                System.out.println("run");
            }
        }
    }
    A a = new A();
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("t1 get lock");
            a.run();
        }
    }).start();
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("t2 get lock");
            a.run();
        }
    }).start();

}

//volatile保证线程可见性
volatile static int flag = 1;
//object作为锁对象，用于线程使用wait和notify方法
volatile static Object o = new Object();
//测试wait和notify
//wait后进入waiting状态，被notify进入blocked（阻塞等待锁释放）或者runnable状态（获取到锁）
public void test5() {
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            //wait和notify只能在同步代码块内使用
            synchronized (o) {
                while (true) {
                    if (flag == 0) {
                        try {
                            Thread.sleep(2000);
                            System.out.println("thread1 wait");
                            //释放锁，线程挂起进入object的等待队列，后续代码运行
                            o.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    System.out.println("thread1 run");
                    System.out.println("notify t2");
                    flag = 0;
                    //通知等待队列的一个线程获取锁
                    o.notify();
                }
            }
        }
    }).start();
    //解释同上
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                synchronized (o) {
                    if (flag == 1) {
                        try {
                            Thread.sleep(2000);
                            System.out.println("thread2 wait");
                            o.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                    System.out.println("thread2 run");
                    System.out.println("notify t1");
                    flag = 1;
                    o.notify();
                }
            }
        }
    }).start();
}

//输出结果是
//    thread1 run
//    notify t2
//    thread1 wait
//    thread2 run
//    notify t1
//    thread2 wait
//    thread1 run
//    notify t2
//不断循环

}