2020-05-18

Java基础--多线程【入门】

字数统计: 2.6k字 | 阅读时长: 10分

一、前言

在实际开发中，很多场景下都会需要使用多线程。因此，本系列主要总结多线程的使用。

二、多线程概述

在了解多线程之前，我们非常有必要先了解什么是线程；
而在了解线程之前，我们又必须先了解什么是进程，因为线程是依赖于进程而存在的。

（一）进程与多进程

因此，让我们先来看看什么是进程：

进程，其实就是一个正在运行的程序。

进程是系统进行资源分配的基本单位，每一个进程都有它自己的内存空间和系统资源。
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，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。
那么，多进程有什么意义呢?
多进程其实就是CPU在做着程序间的高效切换让我们觉得是同时进行的，并且可以提高CPU的使用率。

（二）线程与多线程

什么是线程呢?

在同一个进程内又可以执行多个任务，而这每一个任务我就可以看出是一个线程。

线程：是程序的执行单元，执行路径。是程序使用CPU的最基本单位(系统进行调度的基本单位)。

单线程：程序只有一条执行路径。
那么，对于什么是多线程，我们就能很容易的理解了：
多线程：程序有多条执行路径。
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，从而提高该应用程序的使用率。

（三）补充知识点

1、不能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。
2、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。
3、Java程序的启动原理：
由java命令启动JVM，JVM启动就相当于启动了一个进程。接着由该进程创建了一个主线程去调用main方法。
4、jvm虚拟机的启动是单线程的还是多线程的？
虚拟机的启动是多线程的

原因：垃圾回收线程也要先启动，否则很容易会出现内存溢出。现在的垃圾回收线程加上前面的主线程，最低启动了两个线程，所以，jvm的启动其实是多线程的。

三、多线程的实现

多线程一共有三种实现方式：

（一）方式一：继承Thread类

1、步骤：

1）编写一个类，继承Thread类

2）重写run()方法

3）创建线程对象

4）启动线程

2、案例代码：

public class MyThread extends Thread {
	@Override
	public void run() {
		for (int x = 0; x < 200; x++) {
			System.out.println(x);
		}
	}
}

public class MyThreadDemo {
	public static void main(String[] args) {
		// 创建两个线程对象
		MyThread my1 = new MyThread();
		MyThread my2 = new MyThread();

		my1.start();
		my2.start();
	}
}

3、需要注意的问题：

1）为什么需要重写run方法？

因为可能并不是所有的代码都需要被线程执行，我们只需要把需要被线程执行的代码放在run方法中就行。
2）为什么不直接调用run方法启动？
因为run()方法直接调用其实就相当于普通的方法调用，这样的话就是单线程的效果。
3）run方法和start方法有什么区别？
run():仅仅是封装被线程执行的代码，直接调用是普通方法
start():首先启动了线程，然后再由jvm去调用该线程的run()方法。
4）调用两次start方法会发生什么？
会抛出IllegalThreadStateException:非法的线程状态异常

因为这样相当于是线程被调用了两次。而不是两个线程启动。

（二）方式二：实现Runnable接口

1、步骤：

1）自定义类MyRunnable实现Runnable接口
2）重写run()方法
3）创建MyRunnable类的对象
4）创建Thread类的对象，并把第3）步骤的对象作为构造参数传递

2、案例代码：

public class MyRunnable implements Runnable {
	@Override
	public void run() {
		for (int x = 0; x < 100; x++) {
			System.out.println(x);
		}
	}
}

public class MyRunnableDemo {
	public static void main(String[] args) {
		// 创建MyRunnable类的对象
		MyRunnable my = new MyRunnable();

		// 创建Thread类的对象，并把Runnable类的对象作为构造参数传递
		Thread t1 = new Thread(my);
		Thread t2 = new Thread(my);

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

3、需要注意的问题

实现接口方式的好处是什么（为什么有了方式一还需要方式二）？

a. 可以避免由于Java单继承带来的局限性。如果某个子类已经有了一个父类，但是它又想实现多线程，在这种情况下，使用方式一是无法实现的。因为Java只需要单继承。

b. 更好的体现了面向对象的设计思想。使用继承Thread的方式，如果需要创建多个线程对象，就会有多份资源；但是如果使用实现Runnable接口的方式，就只会有一份资源，因为在创建多个线程对象时，传递的都是同一个Runnable对象。

（三）方式三：实现Callable接口

由于篇幅原因，请查看Java基础–多线程【Callable接口】

四、线程调度

（一）线程调度模型

假如我们的计算机只有一个CPU，那么CPU在某一个时刻只能执行一条指令，线程只有得到 CPU时间片，也就是使用权，才可以执行指令。那么是如何对线程进行调用的呢？这就涉及到线程调度模型。
线程有两种调度模型：

分时调度模型 *：所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间片
*抢占式调度模型：优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个，优先级高的线程获取的CPU时间片相对多一些。
Java使用的是抢占式调度模型

（二）线程优先级

因为在Java中，使用的是抢占式调度模型，所以，优先级高的线程获取的CPU时间片相对多一些。
那么，如何获取和设置线程的优先级呢？

1 2	public final int getPriority():返回线程对象的优先级 public final void setPriority(int newPriority)：更改线程的优先级

注意：

线程默认优先级是5
线程优先级的范围是：1-10
线程优先级高仅仅表示线程获取的 CPU时间片的几率高，但是要在次数比较多，或者多次运行的时候才能看到比较好的效果。
如果传递的优先级不在正确范围内，会抛出IllegalArgumentException:非法参数异常。

五、线程控制

（一）线程休眠

线程休眠指的是使用sleep()方法：

1	public static void sleep(long millis)

public class ThreadSleep extends Thread {
	@Override
	public void run() {
		for (int x = 0; x < 100; x++) {
			System.out.println(getName() + ":" + x + ",日期：" + new Date());
			// 困了，我稍微休息1秒钟
			try {
				Thread.sleep(1000);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
}

一般都是在run方法中使用。

（二）线程加入

线程加入指的是使用join()方法：

1	public final void join():等待该线程终止

public class ThreadJoin extends Thread {
	@Override
	public void run() {
		for (int x = 0; x < 100; x++) {
			System.out.println(getName() + ":" + x);
		}
	}
}

public class ThreadJoinDemo {
	public static void main(String[] args) {
		ThreadJoin tj1 = new ThreadJoin();
		ThreadJoin tj2 = new ThreadJoin();
		ThreadJoin tj3 = new ThreadJoin();

		tj1.setName("李渊");
		tj2.setName("李世民");
		tj3.setName("李元霸");

		tj1.start();
		try {
			tj1.join();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		
		tj2.start();
		tj3.start();
	}
}

其他线程会等待使用该方法的线程执行完毕后再执行。
在线程启动后调用该方法，不能在run方法中调用。

（三）线程礼让

线程礼让指的是使用yield()方法：

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

public class ThreadYield extends Thread {
	@Override
	public void run() {
		for (int x = 0; x < 100; x++) {
			System.out.println(getName() + ":" + x);
			Thread.yield();
		}
	}
}

public class ThreadYieldDemo {
	public static void main(String[] args) {
		ThreadYield ty1 = new ThreadYield();
		ThreadYield ty2 = new ThreadYield();

		ty1.setName("张三");
		ty2.setName("李四");

		ty1.start();
		ty2.start();
	}
}

（四）守护线程

守护线程指的是使用setDeamon()方法将线程设置为守护线程与否：

1	public final void setDaemon(boolean on):将该线程标记为守护线程或用户线程

public class ThreadDaemon extends Thread {
	@Override
	public void run() {
		for (int x = 0; x < 100; x++) {
			System.out.println(getName() + ":" + x);
		}
	}
}

public class ThreadDaemonDemo {
	public static void main(String[] args) {
		ThreadDaemon td1 = new ThreadDaemon();
		ThreadDaemon td2 = new ThreadDaemon();

		td1.setName("关羽");
		td2.setName("张飞");

		// 设置收获线程
		td1.setDaemon(true);
		td2.setDaemon(true);

		td1.start();
		td2.start();

		Thread.currentThread().setName("刘备");
		for (int x = 0; x < 5; x++) {
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + x);
		}
	}
}

原理：当正在运行的线程都是守护线程时，Java 虚拟机退出。
注意事项：该方法必须在启动线程前调用。

（五）中断线程

中断线程指的是使用interrupt()方法把线程的状态终止：

1	public void interrupt():中断线程

public class ThreadStop extends Thread {
	@Override
	public void run() {
		System.out.println("开始执行：" + new Date());
		try {
			Thread.sleep(10000);
		} catch (InterruptedException e) {
			System.out.println("线程被终止了");
		}
		System.out.println("结束执行：" + new Date());
	}
}

public class ThreadStopDemo {
	public static void main(String[] args) {
		ThreadStop ts = new ThreadStop();
		ts.start();
		try {
			Thread.sleep(3000);
			ts.interrupt();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

注意：

如果使用stop()方法，那么线程就会直接停止，run方法后面代码直接不执行。

因此，该方法不安全，已被弃用。

public final void stop()

六、线程生命周期

Java中，线程的生命周期共有5个状态：创建、就绪、运行、阻塞、死亡。
生命周期图如下所示：
线程生命周期

七、线程状态转换图

线程状态转换图

Java新手，若有错误，欢迎指正！

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