Java多线程（一）

Java多线程（一）

一、基本概念：程序、进程、线程

程序（program）：是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码，静态对象。
进程（process）：是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程。——生命周期。

程序是静态的，进程是动态的。进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域。
线程（thread）：进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。

若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的。线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小。

一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间。它们从同一堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来安全的隐患。
单核 CPU 和多核 CPU：

单核CPU，其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元内，也只能执行一个线程的任务。

如果是多核的话，才能更好的发挥多线程的效率。（现在的服务器都是多核的）

一个 Java 应用程序 java.exe，其实至少有三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。
以单核CPU为例，只使用单个线程先后完成多个任务（调用多个方法），肯定比用多个线程来完成用的时间更短，为何仍需多线程呢？
多线程程序的优点：
1. 提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义，可增强用户体验。
2. 提高计算机系统 CPU 的利用率
3. 改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程，独立运行，利于理解和修改
什么时候需要考虑使用多线程：
1. 程序需要同时执行两个或多个任务。
2. 程序需要实现一些需要等待的任务时，如用户输入、文件读写操作、网络操作、搜索等。
3. 需要一些后台运行的程序时。

二、多线程的创建与使用

2.1 多线程的创建方式一：继承于Thread类

创建一个继承于 Thread 类的子类。
重写 Thread 类的run() 方法 –> 将此线程执行的操作声明在 run() 方法中。
创建 Thread 类的子类的对象。
通过此对象调用 start() 方法。

start() 方法的作用：①启动当前线程 ② 调用当前线程的run()

注意：只能用 start() 方法启动线程，不能通过调用 run() 方法启动。可以通过 Thread.currentThread().getName() 方法获取输出结果的进程名。
多次启动一个线程是非法的。特别是当线程已经结束执行后，不能再重新启动。否则会报IllegalThreadStateException 异常。

原因：

   public synchronized void start() {
           /**
            * This method is not invoked for the main method thread or "system"
            * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
            * to this method in the future may have to also be added to the VM.
            *
            * A zero status value corresponds to state "NEW".
            */
           if (threadStatus != 0)
               throw new IllegalThreadStateException();
   
           /* Notify the group that this thread is about to be started
            * so that it can be added to the group's list of threads
            * and the group's unstarted count can be decremented. */
           group.add(this);
   
           boolean started = false;
           try {
               start0();
               started = true;
           } finally {
               try {
                   if (!started) {
                       group.threadStartFailed(this);
                   }
               } catch (Throwable ignore) {
                   /* do nothing. If start0 threw a Throwable then
                     it will be passed up the call stack */
               }
           }
   	}

例子：

//1. 创建一个继承于Thread类的子类
class MyThread extends Thread {
    //2. 重写Thread类的run()
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }
        }
    }
}

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        //3. 创建Thread类的子类的对象
        MyThread t1 = new MyThread();

        //4.通过此对象调用start():
        t1.start();

//      t1.start(); 报 IllegalThreadStateException 异常
        
        //需要重新创建一个线程的对象
        MyThread t2 = new MyThread();
        t2.start();

        //如下操作仍然是在main线程中执行的。
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i );
            }
        }
    }
}

创建Thread类的匿名子类：

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {

        //创建Thread类的匿名子类的方式
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 100; i++) {
                    if(i % 2 == 0){
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
                    }
                }
            }
        }.start();

    }
}

2.2 Thread中的常用方法：

start()：启动当前线程；调用当前线程的 run()
run()：通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中。
currentThread()：静态方法，返回执行当前代码的线程。
getName()：获取当前线程的名字。
setName()：设置当前线程的名字。
yield()：释放当前 cpu 的执行权。暂停当前正在执行的线程，把执行机会让给优先级相同或更高的线程。
join()：当某个程序执行流中调用其他线程的 join() 方法时，调用线程将被阻塞，直到 join() 方法加入的 join 线程执行完为止。
- 低优先级的线程也可以获得执行。
stop()：已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程。
sleep(long millitime)：让当前线程“睡眠”指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内，当前线程是阻塞状态。
isAlive()：判断当前线程是否存活。

2.3 线程的调度

调度策略
- 时间片
- 抢占式：高优先级的线程抢占CPU
Java 的调度方法
- 同优先级线程组成先进先出队列（先到先服务），使用时间片策略。
- 对高优先级，使用优先调度的抢占式策略。
线程的优先级
- MAX_PRIORITY：10
- MIN _PRIORITY：1
- NORM_PRIORITY：5（默认优先级）
获取和设置当前线程的优先级：
- getPriority()：获取线程的优先级
- setPriority(int p)：设置线程的优先级

说明：高优先级的线程要抢占低优先级线程 cpu 的执行权。但是只是从概率上讲，高优先级的线程高概率的情况下被执行。并不意味着只有当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行。

2.4 多线程的创建方式之二：实现Runnable接口

创建一个实现了Runnable接口的类。
实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()。
创建实现类的对象。
将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象。
通过Thread类的对象调用start()。

//1. 创建一个实现了Runnable接口的类
class MThread implements Runnable{

    //2. 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            }

        }
    }
}

public class ThreadTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        //3. 创建实现类的对象
        MThread mThread = new MThread();
        //4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
        Thread t1 = new Thread(mThread);
        t1.setName("线程1");
        //5. 通过Thread类的对象调用start():① 启动线程 ②调用当前线程的run()-->调用了Runnable类型的target的run()
        t1.start();

        //再启动一个线程，遍历100以内的偶数
        Thread t2 = new Thread(mThread);	// 注：不需要重新创建Runnable实现类对象
        t2.setName("线程2");
        t2.start();
    }

}

解析 t1.start() 启动线程后调用了 Runnable 接口实现类 MThread 的 run() 方法：

//	1.在创建Thread类的对象时将实现Runnable接口的对象作为参数传递到Thread类的构造器中
Thread t = new Thread(target);

//  2.使用start()方法启动线程，在Thread类中重写的run()源码如下：
@Override
    public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();
        }
    }

//  3.当target不为null时，则调用target，也就是调用我们定义的Runnable接口实现类的 run() 方法

2.5 比较创建线程的两种方式。

开发中：优先选择：实现 Runnable 接口的方式。
原因：
1. 实现的方式没有类的单继承性的局限性
2. 实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况。
联系：Thread 类本身也是实现Runnable接口。（public class Thread implements Runnable）

相同点：两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。

//	例子：三个窗口卖票，总票数为100张
//  使用继承 Thread 类的方式(存在线程的安全问题，待解决)
class Window extends Thread{

    private static int ticket = 100;	// ticket变量须声明为static，才能实现三个窗口共享100张票
    @Override
    public void run() {

        while(true){
            if(ticket > 0){
                System.out.println(getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
                ticket--;
            }else{
                break;
            }
        }
    }
}


public class WindowTest {
    public static void main(String[] args) {
        Window t1 = new Window();
        Window t2 = new Window();
        Window t3 = new Window();

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}
---------------------------------------------------------------------------------------------------------
//	使用实现 Runnable 接口的方式(存在线程的安全问题，待解决)
class Window1 implements Runnable{

    private int ticket = 100;	// ticket不需要声明为static，原因：测试类中只创建了一个window1实例对象w，三个线程均调用同一个实例对象
    
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            if(ticket > 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);
                ticket--;
            }else{
                break;
            }
        }
    }
}

public class WindowTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        Window1 w = new Window1();

        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

三、线程的生命周期

JDK中用 Thread.State 类定义了线程的几种状态

要想实现多线程，必须在主线程中创建新的线程对象。Java语言使用 Thread 类及其子类的对象来表示线程，在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五种状态：

新建：当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态。
就绪：处于新建状态的线程被 start() 后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已具备了运行的条件，只是没分配到 CPU 资源。
运行：当就绪的线程被调度并获得 CPU 资源时,便进入运行状态， run() 方法定义了线程的操作和功能。
阻塞：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出 CPU 并临时中止自己的执行，进入阻塞状态。
死亡：线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束。

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