java 多線程編程
java 給多線程編程提供了內(nèi)置的支持。 一條線程指的是進(jìn)程中一個(gè)單一順序的控制流，一個(gè)進(jìn)程中可以并發(fā)多個(gè)線程，每條線程并行執(zhí)行不同的任務(wù)。
多線程是多任務(wù)的一種特別的形式，但多線程使用了更小的資源開銷。
這里定義和線程相關(guān)的另一個(gè)術(shù)語 - 進(jìn)程：一個(gè)進(jìn)程包括由操作系統(tǒng)分配的內(nèi)存空間，包含一個(gè)或多個(gè)線程。一個(gè)線程不能獨(dú)立的存在，它必須是進(jìn)程的一部分。一個(gè)進(jìn)程一直運(yùn)行，直到所有的非守護(hù)線程都結(jié)束運(yùn)行后才能結(jié)束。
多線程能滿足程序員編寫高效率的程序來達(dá)到充分利用 cpu 的目的。
1. 線程的生命周期
線程是一個(gè)動(dòng)態(tài)執(zhí)行的過程，它也有一個(gè)從產(chǎn)生到死亡的過程。
下圖顯示了一個(gè)線程完整的生命周期。
- 新建狀態(tài)：使用 new 關(guān)鍵字和 thread 類或其子類建立一個(gè)線程對(duì)象后，該線程對(duì)象就處于新建狀態(tài)。它保持這個(gè)狀態(tài)直到程序 start() 這個(gè)線程。
- 就緒狀態(tài)：當(dāng)線程對(duì)象調(diào)用了start()方法之后，該線程就進(jìn)入就緒狀態(tài)。就緒狀態(tài)的線程處于就緒隊(duì)列中，要等待jvm里線程調(diào)度器的調(diào)度。
- 運(yùn)行狀態(tài)：如果就緒狀態(tài)的線程獲取 cpu 資源，就可以執(zhí)行 run()，此時(shí)線程便處于運(yùn)行狀態(tài)。處于運(yùn)行狀態(tài)的線程最為復(fù)雜，它可以變?yōu)樽枞麪顟B(tài)、就緒狀態(tài)和死亡狀態(tài)。
- 阻塞狀態(tài)：如果一個(gè)線程執(zhí)行了sleep（睡眠）、suspend（掛起）等方法，失去所占用資源之后，該線程就從運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入阻塞狀態(tài)。在睡眠時(shí)間已到或獲得設(shè)備資源后可以重新進(jìn)入就緒狀態(tài)。可以分為三種：
- 等待阻塞：運(yùn)行狀態(tài)中的線程執(zhí)行 wait() 方法，使線程進(jìn)入到等待阻塞狀態(tài)。
- 同步阻塞：線程在獲取 synchronized 同步鎖失敗(因?yàn)橥芥i被其他線程占用)。
- 其他阻塞：通過調(diào)用線程的 sleep() 或 join() 發(fā)出了 i/o 請(qǐng)求時(shí)，線程就會(huì)進(jìn)入到阻塞狀態(tài)。當(dāng)sleep() 狀態(tài)超時(shí)，join() 等待線程終止或超時(shí)，或者 i/o 處理完畢，線程重新轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)。
- 死亡狀態(tài)：一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)的線程完成任務(wù)或者其他終止條件發(fā)生時(shí)，該線程就切換到終止?fàn)顟B(tài)。
2. 線程的優(yōu)先級(jí)
每一個(gè) java 線程都有一個(gè)優(yōu)先級(jí)，這樣有助于操作系統(tǒng)確定線程的調(diào)度順序。
java 線程的優(yōu)先級(jí)是一個(gè)整數(shù)，其取值范圍是 1 （thread.min_priority ） - 10 （thread.max_priority ）。
默認(rèn)情況下，每一個(gè)線程都會(huì)分配一個(gè)優(yōu)先級(jí) norm_priority（5）。
具有較高優(yōu)先級(jí)的線程對(duì)程序更重要，并且應(yīng)該在低優(yōu)先級(jí)的線程之前分配處理器資源。但是，線程優(yōu)先級(jí)不能保證線程執(zhí)行的順序，而且非常依賴于平臺(tái)。
3. 創(chuàng)建線程
java 提供了三種創(chuàng)建線程的方法：
- 通過實(shí)現(xiàn) runnable 接口；
- 通過繼承 thread 類本身；
- 通過 callable 和 future 創(chuàng)建線程。
4. 通過實(shí)現(xiàn) runnable 接口來創(chuàng)建線程
創(chuàng)建一個(gè)線程，最簡(jiǎn)單的方法是創(chuàng)建一個(gè)實(shí)現(xiàn) runnable 接口的類。
為了實(shí)現(xiàn) runnable，一個(gè)類只需要執(zhí)行一個(gè)方法調(diào)用 run()，聲明如下：
public void run()
你可以重寫該方法，重要的是理解的 run() 可以調(diào)用其他方法，使用其他類，并聲明變量，就像主線程一樣。
在創(chuàng)建一個(gè)實(shí)現(xiàn) runnable 接口的類之后，你可以在類中范例化一個(gè)線程對(duì)象。
thread 定義了幾個(gè)構(gòu)造方法，下面的這個(gè)是我們經(jīng)常使用的：
thread(runnable threadob,string threadname);
這里，threadob 是一個(gè)實(shí)現(xiàn) runnable 接口的類的范例，并且 threadname 指定新線程的名字。
新線程創(chuàng)建之后，你調(diào)用它的 start() 方法它才會(huì)運(yùn)行。
void start();
下面是一個(gè)創(chuàng)建線程并開始讓它執(zhí)行的范例：
class runnabledemo implements runnable {
private thread t;
private string threadname;
runnabledemo( string name) {
threadname = name;
system.out.println("creating " + threadname );
}
public void run() {
system.out.println("running " + threadname );
try {
for(int i = 4; i > 0; i--) {
system.out.println("thread: " + threadname + ", " + i);
// 讓線程睡眠一會(huì)
thread.sleep(50);
}
}catch (interruptedexception e) {
system.out.println("thread " + threadname + " interrupted.");
}
system.out.println("thread " + threadname + " exiting.");
}
public void start () {
system.out.println("starting " + threadname );
if (t == null) {
t = new thread (this, threadname);
t.start ();
}
}
}
public class testthread {
public static void main(string args[]) {
runnabledemo r1 = new runnabledemo( "thread-1");
r1.start();
runnabledemo r2 = new runnabledemo( "thread-2");
r2.start();
}
}
編譯以上程序運(yùn)行結(jié)果如下：
creating thread-1 starting thread-1 creating thread-2 starting thread-2 running thread-1 thread: thread-1, 4 running thread-2 thread: thread-2, 4 thread: thread-1, 3 thread: thread-2, 3 thread: thread-1, 2 thread: thread-2, 2 thread: thread-1, 1 thread: thread-2, 1 thread thread-1 exiting. thread thread-2 exiting.
5. 通過繼承 thread 來創(chuàng)建線程
創(chuàng)建一個(gè)線程的第二種方法是創(chuàng)建一個(gè)新的類，該類繼承 thread 類，然后創(chuàng)建一個(gè)該類的范例。
繼承類必須重寫 run() 方法，該方法是新線程的入口點(diǎn)。它也必須調(diào)用 start() 方法才能執(zhí)行。
該方法盡管被列為一種多線程實(shí)現(xiàn)方式，但是本質(zhì)上也是實(shí)現(xiàn)了 runnable 接口的一個(gè)范例。
class threaddemo extends thread {
private thread t;
private string threadname;
threaddemo( string name) {
threadname = name;
system.out.println("creating " + threadname );
}
public void run() {
system.out.println("running " + threadname );
try {
for(int i = 4; i > 0; i--) {
system.out.println("thread: " + threadname + ", " + i);
// 讓線程睡眠一會(huì)
thread.sleep(50);
}
}catch (interruptedexception e) {
system.out.println("thread " + threadname + " interrupted.");
}
system.out.println("thread " + threadname + " exiting.");
}
public void start () {
system.out.println("starting " + threadname );
if (t == null) {
t = new thread (this, threadname);
t.start ();
}
}
}
public class testthread {
public static void main(string args[]) {
threaddemo t1 = new threaddemo( "thread-1");
t1.start();
threaddemo t2 = new threaddemo( "thread-2");
t2.start();
}
}
編譯以上程序運(yùn)行結(jié)果如下：
creating thread-1 starting thread-1 creating thread-2 starting thread-2 running thread-1 thread: thread-1, 4 running thread-2 thread: thread-2, 4 thread: thread-1, 3 thread: thread-2, 3 thread: thread-1, 2 thread: thread-2, 2 thread: thread-1, 1 thread: thread-2, 1 thread thread-1 exiting. thread thread-2 exiting.
6. thread 方法
下表列出了thread類的一些重要方法：
| 序號(hào) | 方法描述 |
|---|---|
| 1 |
public void start() 使該線程開始執(zhí)行；java 虛擬機(jī)調(diào)用該線程的?run?方法。 |
| 2 |
public void run() 如果該線程是使用獨(dú)立的?runnable?運(yùn)行對(duì)象構(gòu)造的，則調(diào)用該?runnable?對(duì)象的?run?方法；否則，該方法不執(zhí)行任何操作并返回。 |
| 3 |
public final void setname(string name) 改變線程名稱，使之與參數(shù)?name?相同。 |
| 4 |
public final void setpriority(int priority) ?更改線程的優(yōu)先級(jí)。 |
| 5 |
public final void setdaemon(boolean on) 將該線程標(biāo)記為守護(hù)線程或用戶線程。 |
| 6 |
public final void join(long millisec) 等待該線程終止的時(shí)間最長為?millis?毫秒。 |
| 7 |
public void interrupt() 中斷線程。 |
| 8 |
public final boolean isalive() 測(cè)試線程是否處于活動(dòng)狀態(tài)。 |
測(cè)試線程是否處于活動(dòng)狀態(tài)。 上述方法是被thread對(duì)象調(diào)用的。下面的方法是thread類的靜態(tài)方法。
| 序號(hào) | 方法描述 |
|---|---|
| 1 |
public static void yield() 暫停當(dāng)前正在執(zhí)行的線程對(duì)象，并執(zhí)行其他線程。 |
| 2 |
public static void sleep(long millisec) 在指定的毫秒數(shù)內(nèi)讓當(dāng)前正在執(zhí)行的線程休眠（暫停執(zhí)行），此操作受到系統(tǒng)計(jì)時(shí)器和調(diào)度程序精度和準(zhǔn)確性的影響。 |
| 3 |
public static boolean holdslock(object x) 當(dāng)且僅當(dāng)當(dāng)前線程在指定的對(duì)象上保持監(jiān)視器鎖時(shí)，才返回?true。 |
| 4 |
public static thread currentthread() 返回對(duì)當(dāng)前正在執(zhí)行的線程對(duì)象的引用。 |
| 5 |
public static void dumpstack() 將當(dāng)前線程的堆棧跟蹤打印至標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤流。 |
范例
如下的 threadclassdemo 程序演示了 thread 類的一些方法：
// 文件名 : displaymessage.java
// 通過實(shí)現(xiàn) runnable 接口創(chuàng)建線程
public class displaymessage implements runnable {
private string message;
public displaymessage(string message) {
this.message = message;
}
public void run() {
while(true) {
system.out.println(message);
}
}
}
// 文件名 : guessanumber.java
// 通過繼承 thread 類創(chuàng)建線程
public class guessanumber extends thread {
private int number;
public guessanumber(int number) {
this.number = number;
}
public void run() {
int counter = 0;
int guess = 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.**");
}
}
// 文件名 : threadclassdemo.java
public class threadclassdemo {
public static void main(string [] args) {
runnable hello = new displaymessage("hello");
thread thread1 = new thread(hello);
thread1.setdaemon(true);
thread1.setname("hello");
system.out.println("starting hello thread...");
thread1.start();
runnable bye = new displaymessage("goodbye");
thread thread2 = new thread(bye);
thread2.setpriority(thread.min_priority);
thread2.setdaemon(true);
system.out.println("starting goodbye thread...");
thread2.start();
system.out.println("starting thread3...");
thread thread3 = new guessanumber(27);
thread3.start();
try {
thread3.join();
}catch(interruptedexception e) {
system.out.println("thread interrupted.");
}
system.out.println("starting thread4...");
thread thread4 = new guessanumber(75);
thread4.start();
system.out.println("main() is ending...");
}
}
運(yùn)行結(jié)果如下，每一次運(yùn)行的結(jié)果都不一樣。
starting hello thread... starting goodbye thread... hello hello hello hello hello hello goodbye goodbye goodbye goodbye goodbye .......
7. 通過 callable 和 future 創(chuàng)建線程
- 1. 創(chuàng)建 callable 接口的實(shí)現(xiàn)類，并實(shí)現(xiàn) call() 方法，該 call() 方法將作為線程執(zhí)行體，并且有返回值。
- 2. 創(chuàng)建 callable 實(shí)現(xiàn)類的范例，使用 futuretask 類來包裝 callable 對(duì)象，該 futuretask 對(duì)象封裝了該 callable 對(duì)象的 call() 方法的返回值。
- 3. 使用 futuretask 對(duì)象作為 thread 對(duì)象的 target 創(chuàng)建并啟動(dòng)新線程。
- 4. 調(diào)用 futuretask 對(duì)象的 get() 方法來獲得子線程執(zhí)行結(jié)束后的返回值。
public class callablethreadtest implements callable<integer> {
public static void main(string[] args)
{
callablethreadtest ctt = new callablethreadtest();
futuretask <integer> ft = new futuretask<>(ctt);
for(int i = 0;i < 100;i++)
{
system.out.println(thread.currentthread().getname()+" 的循環(huán)變量i的值"+i);
if(i==20)
{
new thread(ft,"有返回值的線程").start();
}
}
try
{
system.out.println("子線程的返回值："+ft.get());
} catch (interruptedexception e)
{
e.printstacktrace();
} catch (executionexception e)
{
e.printstacktrace();
}
}
@override
public integer call() throws exception
{
int i = 0;
for(;i<100;i++)
{
system.out.println(thread.currentthread().getname()+" "+i);
}
return i;
}
}
8. 創(chuàng)建線程的三種方式的對(duì)比
- 1. 采用實(shí)現(xiàn) runnable、callable 接口的方式創(chuàng)建多線程時(shí)，線程類只是實(shí)現(xiàn)了 runnable 接口或 callable 接口，還可以繼承其他類。
- 2. 使用繼承 thread 類的方式創(chuàng)建多線程時(shí)，編寫簡(jiǎn)單，如果需要訪問當(dāng)前線程，則無需使用 thread.currentthread() 方法，直接使用 this 即可獲得當(dāng)前線程。
9. 線程的幾個(gè)主要概念
在多線程編程時(shí)，你需要了解以下幾個(gè)概念：
- 線程同步
- 線程間通信
- 線程死鎖
- 線程控制：掛起、停止和恢復(fù)
10. 多線程的使用
有效利用多線程的關(guān)鍵是理解程序是并發(fā)執(zhí)行而不是串行執(zhí)行的。例如：程序中有兩個(gè)子系統(tǒng)需要并發(fā)執(zhí)行，這時(shí)候就需要利用多線程編程。
通過對(duì)多線程的使用，可以編寫出非常高效的程序。不過請(qǐng)注意，如果你創(chuàng)建太多的線程，程序執(zhí)行的效率實(shí)際上是降低了，而不是提升了。
請(qǐng)記住，上下文的切換開銷也很重要，如果你創(chuàng)建了太多的線程，cpu 花費(fèi)在上下文的切換的時(shí)間將多于執(zhí)行程序的時(shí)間！
Java基礎(chǔ)