零基礎了解java線程的實現，線程的常用方法大全
- php是最好的语言原創
- 2018-07-26 14:42:391396瀏覽
執行緒和行程有什麼差別？ 答：一個進程是一個獨立的運作環境，它可以被視為一個程式或一個應用。而執行緒是在行程中執行的一個任務。線程是進程的子集，一個進程可以有很多線程，每個線程並行執行不同的任務。不同的行程使用不同的記憶體空間，而所有的執行緒共享一片相同的記憶體空間。
一、執行緒與進程的差異：
1）執行緒：在進程中負責程式執行的執行單元
執行緒本身依賴程式進行執行
執行緒是程序中的順序控制流，只能使用分配給程式的資源和環境
2） 行程：執行中的程式
一個行程至少包含一個執行緒
3 ）單執行緒：程式中只存在一個線程，實際上主方法就是一個主線程
4 ）多線程：在一個程式中執行多個任務
目的是更好地使用CPU資源
#二、執行緒的實作
1.繼承Thread類別：在java.lang套件中定義, 繼承Thread類別必須重寫run()方法
class MyThread extends Thread{
private static int num = 0; public MyThread(){
num++;
}
@Override public void run() {
System.out.println("主动创建的第"+num+"个线程");
}
}創建好了自己的線程類別之後，就可以建立線程物件了，然後透過start()方法去啟動線程。請注意，不是呼叫run()方法啟動線程，run方法中只是定義需要執行的任務，如果呼叫run方法，即相當於在主執行緒中執行run方法，跟普通的方法呼叫沒有任何區別，此時並不會建立一個新的執行緒來執行定義的任務。
public class Test {
public static void main(String[] args) {
MyThread thread = new MyThread();
thread.start();
}
}class MyThread extends Thread{
private static int num = 0; public MyThread(){
num++;
}
@Override public void run() {
System.out.println("主动创建的第"+num+"个线程");
}
}在上面程式碼中，透過呼叫start()方法，就會建立一個新的執行緒了。為了分辨start()方法呼叫和run()方法呼叫的區別，請看下面一個範例：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("主线程ID:"+Thread.currentThread().getId());
MyThread thread1 = new MyThread("thread1");
thread1.start();
MyThread thread2 = new MyThread("thread2");
thread2.run();
}
}class MyThread extends Thread{
private String name; public MyThread(String name){ this.name = name;
}
@Override public void run() {
System.out.println("name:"+name+" 子线程ID:"+Thread.currentThread().getId());
}
} 執行結果： 
從輸出結果可以得到以下結論：
1）thread1和thread2的線程ID不同，thread2和主線程ID相同，表示透過run方法呼叫並不會創建新的線程，而是在主線程中直接運行run方法，跟普通的方法呼叫沒有任何區別；
2）雖然thread1的start方法調用在thread2的run方法前面調用，但是先輸出的是thread2的run方法調用的相關信息，說明新線程創建的過程不會阻塞主線程的後續執行。
2.實作Runnable介面
在Java中建立執行緒除了繼承Thread類別之外，還可以透過實作Runnable介面來實現類似的功能。實作Runnable介面必須重寫其run方法。
下面是一個例子：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("主线程ID："+Thread.currentThread().getId());
MyRunnable runnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();
}
}
class MyRunnable implements Runnable{
public MyRunnable() {
}
@Override public void run() {
System.out.println("子线程ID："+Thread.currentThread().getId());
}
}Runnable的中文意思是“任務”，顧名思義，透過實作Runnable接口，我們定義了一個子任務，然後將子任務交由Thread去執行。注意，這種方式必須將Runnable作為Thread類別的參數，然後透過Thread的start方法來建立一個新執行緒來執行該子任務。如果呼叫Runnable的run方法的話，是不會建立新執行緒的，這根普通的方法呼叫沒有任何差別。
事實上，檢視Thread類別的實作原始碼會發現Thread類別是實作了Runnable介面的。
在Java中，這2種方式都可以用來建立執行緒去執行子任務，具體選擇哪一種方式要看自己的需求。直接繼承Thread類別的話，可能比實作Runnable介面看起來更簡潔，但是由於Java只允許單繼承，所以如果自訂類別需要繼承其他類，則只能選擇實作Runnable介面。
3.使用ExecutorService、Callable、Future實作有回傳結果的多執行緒
##多執行緒後續會學到，這裡暫時先知道有這種方法即可。 ExecutorService、Callable、Future這個物件其實都是屬於Executor框架中的功能類別。想詳細了解Executor框架的可以訪問http://www.javaeye.com/topic/366591 ，這裡面對該框架做了很詳細的解釋。回傳結果的線程是在JDK1.5中引入的新特徵，確實很實用，有了這種特徵我就不需要再為了得到返回值而大費周折了，而且即便實現了也可能漏洞百出。 可傳回值的任務必須實作Callable接口，類似的，無回傳值的任務必須Runnable介面。執行Callable任務後，可以取得一個Future的對象，在該對像上調用get就可以獲取到Callable任務返回的Object了，再結合線程池接口ExecutorService就可以實現傳說中有返回結果的多線程了。下面提供了一個完整的有回傳結果的多執行緒測試例子，在JDK1.5下驗證過沒問題可以直接使用。程式碼如下：/**
* 有返回值的线程
*/ @SuppressWarnings("unchecked")
public class Test { public static void main(String[] args) throws ExecutionException,
InterruptedException {
System.out.println("----程序开始运行----");
Date date1 = new Date();
int taskSize = 5;
// 创建一个线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);
// 创建多个有返回值的任务
List<Future> list = new ArrayList<Future>();
for (int i = 0; i < taskSize; i++) {
Callable c = new MyCallable(i + " ");
// 执行任务并获取Future对象
Future f = pool.submit(c);
// System.out.println(">>>" + f.get().toString());
list.add(f);
}
// 关闭线程池
pool.shutdown();
// 获取所有并发任务的运行结果
for (Future f : list) {
// 从Future对象上获取任务的返回值，并输出到控制台
System.out.println(">>>" + f.get().toString());
}
Date date2 = new Date();
System.out.println("----程序结束运行----，程序运行时间【"
+ (date2.getTime() - date1.getTime()) + "毫秒】");
}
}
class MyCallable implements Callable<Object> {
private String taskNum;
MyCallable(String taskNum) {
this.taskNum = taskNum;
}
public Object call() throws Exception {
System.out.println(">>>" + taskNum + "任务启动");
Date dateTmp1 = new Date();
Thread.sleep(1000);
Date dateTmp2 = new Date();
long time = dateTmp2.getTime() - dateTmp1.getTime();
System.out.println(">>>" + taskNum + "任务终止");
return taskNum + "任务返回运行结果,当前任务时间【" + time + "毫秒】";
}
}程式碼說明： 上述程式碼中Executors類，提供了一系列工廠方法用於創先線程池，返回的線程池都實作了ExecutorService介面。
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
建立固定數目執行緒的執行緒池。
public static ExecutorService newCachedThreadPool()
建立一個可快取的執行緒池，呼叫execute 將重複使用先前建構的執行緒（如果執行緒可用）。如果現有執行緒沒有可用的，則建立一個新執行緒並新增到池中。終止並從快取中移除那些已有 60 秒未使用的執行緒。
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
建立一個單執行緒化的Executor。
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
建立一個支援定時及週期性的任務執行的執行緒池，多數情況下可用於替代Timer類別。
ExecutoreService提供了submit()方法，傳遞一個Callable，或Runnable，回傳Future。如果Executor後台執行緒池還沒有完成Callable的計算，這呼叫傳回Future物件的get()方法，會阻塞直到計算完成。
三、執行緒的狀態
在正式學習Thread類別中的具體方法之前，我們先來了解一下執行緒有哪些狀態，這個將會有助於後面對Thread類別中的方法的理解。
1）建立（new）狀態: 準備好了一個多執行緒的物件
2）就緒（runnable）狀態: 呼叫了start()方法, 等待CPU進行調度
3）運行（running）狀態: 執行run()方法
4）阻塞（blocked）狀態: 暫時停止執行, 可能將資源交給其它執行緒使用
5）終止（dead）狀態: 執行緒銷毀
當需要新起一個執行緒來執行某個子任務時，就建立了一個執行緒。但是在執行緒建立之後，不會立即進入就緒狀態，因為執行緒的運作需要一些條件（例如記憶體資源，在前面的JVM記憶體區域劃分一篇部落格文章中知道程式計數器、Java棧、本機方法棧都是執行緒私有的，所以需要為執行緒分配一定的記憶體空間），只有執行緒運行所需的所有條件都滿足了，才進入就緒狀態。
當執行緒進入就緒狀態後，不代表立刻就能取得CPU執行時間，也許此時CPU正在執行其他的事情，因此它要等待。當得到CPU執行時間之後，執行緒便真正進入運作狀態。
執行緒在運行狀態過程中，可能有多個原因導致當前執行緒不繼續運行下去，例如使用者主動讓執行緒睡眠（睡眠一定的時間之後再重新執行）、使用者主動讓執行緒等待，或者被同步區塊給予阻塞，此時就對應多個狀態：time waiting（睡眠或等待一定的事件）、waiting（等待被喚醒）、blocked（阻塞）。
當因為突然中斷或子任務執行完畢，執行緒就會被消亡。
下面這副圖描述了線程從創建到消亡之間的狀態：
註:sleep和wait的區別:
sleep是Thread類別的方法,wait是Object類別中定義的方法.
Thread.sleep不會導致鎖定行為的改變, 如果當前線程是擁有鎖的, 那麼Thread.sleep不會讓線程釋放鎖.
Thread.sleep和Object.wait都會暫停當前的線程. OS會將執行時間分配給其它線程. 區別是, 呼叫wait後, 需要別的線程執行notify/notifyAll才能夠重新獲得CPU執行時間.
上下文切換
對於單核CPU來說（對於多核CPU，此處就理解為一個核），CPU在一個時刻只能運行一個線程，當在運行一個線程的過程中轉去運行另外一個線程，這個叫做線程上下文切換（對於進程也是類似）。
由於可能目前執行緒的任務並沒有執行完畢，所以在切換時需要保存執行緒的運行狀態，以便下次重新切換回來時能夠繼續切換之前的狀態運行。舉個簡單的例子：例如一個線程A正在讀取一個檔案的內容，正讀到檔案的一半，此時需要暫停線程A，轉去執行線程B，當再次切換回來執行線程A的時候，我們不希望線程A又從檔案的開頭來讀取。
因此需要記錄執行緒A的運作狀態，那麼會記錄哪些資料呢？因為下次恢復時需要知道在這之前當前線程已經執行到哪條指令了，所以需要記錄程序計數器的值，另外比如說線程正在進行某個計算的時候被掛起了，那麼下次繼續執行的時候需要知道之前掛起時變數的值時多少，因此需要記錄CPU暫存器的狀態。所以一般來說，執行緒上下文切換過程中會記錄程式計數器、CPU暫存器狀態等資料。
說簡單點的：對於執行緒的上下文切換其實就是 儲存和恢復CPU狀態的過程，它使得執行緒執行能夠從中斷點恢復執行。
虽然多线程可以使得任务执行的效率得到提升，但是由于在线程切换时同样会带来一定的开销代价，并且多个线程会导致系统资源占用的增加，所以在进行多线程编程时要注意这些因素。
四、线程的常用方法
currentThread()方法
currentThread()方法可以返回代码段正在被哪个线程调用的信息。
public class Run1{ public static void main(String[] args){
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}2.sleep()方法
方法sleep()的作用是在指定的毫秒数内让当前“正在执行的线程”休眠（暂停执行）。这个“正在执行的线程”是指this.currentThread()返回的线程。
sleep方法有两个重载版本：
sleep(long millis) //参数为毫秒
sleep(long millis,int nanoseconds) //第一参数为毫秒，第二个参数为纳秒
sleep相当于让线程睡眠，交出CPU，让CPU去执行其他的任务。
但是有一点要非常注意，sleep方法不会释放锁，也就是说如果当前线程持有对某个对象的锁，则即使调用sleep方法，其他线程也无法访问这个对象。看下面这个例子就清楚了：
public class Test { private int i = 10; private Object object = new Object(); public static void main(String[] args) throws IOException {
Test test = new Test();
MyThread thread1 = test.new MyThread();
MyThread thread2 = test.new MyThread();
thread1.start();
thread2.start();
}
class MyThread extends Thread{
@Override public void run() {
synchronized (object) {
i++;
System.out.println("i:"+i); try {
System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"进入睡眠状态");
Thread.currentThread().sleep(10000);
} catch (InterruptedException e) { // TODO: handle exception
}
System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"睡眠结束");
i++;
System.out.println("i:"+i);
}
}
}
}
注意，如果调用了sleep方法，必须捕获InterruptedException异常或者将该异常向上层抛出。当线程睡眠时间满后，不一定会立即得到执行，因为此时可能CPU正在执行其他的任务。所以说调用sleep方法相当于让线程进入阻塞状态。
3.yield()方法
调用yield方法会让当前线程交出CPU权限，让CPU去执行其他的线程。它跟sleep方法类似，同样不会释放锁。但是yield不能控制具体的交出CPU的时间，另外，yield方法只能让拥有相同优先级的线程有获取CPU执行时间的机会。
注意，调用yield方法并不会让线程进入阻塞状态，而是让线程重回就绪状态，它只需要等待重新获取CPU执行时间，这一点是和sleep方法不一样的。
public class MyThread extends Thread{
@Override
public void run() { long beginTime=System.currentTimeMillis(); int count=0; for (int i=0;i<50000000;i++){
count=count+(i+1); //Thread.yield();
} long endTime=System.currentTimeMillis();
System.out.println("用时："+(endTime-beginTime)+" 毫秒！");
}
}public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyThread t= new MyThread();
t.start();
}
}执行结果：
用时：3 毫秒！
如果将 //Thread.yield();的注释去掉，执行结果如下：
用时：16080 毫秒！
对象方法
4.start()方法
start()用来启动一个线程，当调用start方法后，系统才会开启一个新的线程来执行用户定义的子任务，在这个过程中，会为相应的线程分配需要的资源。
5.run()方法
run()方法是不需要用户来调用的，当通过start方法启动一个线程之后，当线程获得了CPU执行时间，便进入run方法体去执行具体的任务。注意，继承Thread类必须重写run方法，在run方法中定义具体要执行的任务。
5.getId()
getId()的作用是取得线程的唯一标识
代码：
public class Test { public static void main(String[] args) {
Thread t= Thread.currentThread();
System.out.println(t.getName()+" "+t.getId());
}
}输出：
main 1
6.isAlive()方法
方法isAlive()的功能是判断当前线程是否处于活动状态
代码：
public class MyThread extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println("run="+this.isAlive());
}
}public class RunTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
MyThread myThread=new MyThread();
System.out.println("begin =="+myThread.isAlive());
myThread.start();
System.out.println("end =="+myThread.isAlive());
}
}程序运行结果：
begin ==falserun=trueend ==false
方法isAlive()的作用是测试线程是否偶处于活动状态。什么是活动状态呢？活动状态就是线程已经启动且尚未终止。线程处于正在运行或准备开始运行的状态，就认为线程是“存活”的。
有个需要注意的地方
System.out.println(“end ==”+myThread.isAlive());
虽然上面的实例中打印的值是true,但此值是不确定的。打印true值是因为myThread线程还未执行完毕，所以输出true。如果代码改成下面这样，加了个sleep休眠：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
MyThread myThread=new MyThread();
System.out.println("begin =="+myThread.isAlive());
myThread.start();
Thread.sleep(1000);
System.out.println("end =="+myThread.isAlive());
}则上述代码运行的结果输出为false,因为mythread对象已经在1秒之内执行完毕。
7.join()方法
在很多情况下，主线程创建并启动了线程，如果子线程中药进行大量耗时运算，主线程往往将早于子线程结束之前结束。这时，如果主线程想等待子线程执行完成之后再结束，比如子线程处理一个数据，主线程要取得这个数据中的值，就要用到join()方法了。方法join()的作用是等待线程对象销毁。
public class Thread4 extends Thread{
public Thread4(String name) { super(name);
} public void run() { for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(getName() + " " + i);
}
} public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 启动子进程
new Thread4("new thread").start(); for (int i = 0; i < 10; i++) { if (i == 5) {
Thread4 th = new Thread4("joined thread");
th.start();
th.join();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
}
}
}执行结果：
main 0main 1main 2main 3main 4new thread 0new thread 1new thread 2new thread 3new thread 4joined thread 0joined thread 1joined thread 2joined thread 3joined thread 4main 5main 6main 7main 8main 9
由上可以看出main主线程等待joined thread线程先执行完了才结束的。如果把th.join()这行注释掉，运行结果如下：
main 0main 1main 2main 3main 4main 5main 6main 7main 8main 9new thread 0new thread 1new thread 2new thread 3new thread 4joined thread 0joined thread 1joined thread 2joined thread 3joined thread 4
8.其他方法
getName和setName
用来得到或者设置线程名称。
getPriority和setPriority
用来获取和设置线程优先级。
setDaemon和isDaemon
用来设置线程是否成为守护线程和判断线程是否是守护线程。
守护线程和用户线程的区别在于：守护线程依赖于创建它的线程，而用户线程则不依赖。举个简单的例子：如果在main线程中创建了一个守护线程，当main方法运行完毕之后，守护线程也会随着消亡。而用户线程则不会，用户线程会一直运行直到其运行完毕。在JVM中，像垃圾收集器线程就是守护线程。
在上面已经说到了Thread类中的大部分方法，那么Thread类中的方法调用到底会引起线程状态发生怎样的变化呢？下面一幅图就是在上面的图上进行改进而来的： 
五、停止线程
停止线程是在多线程开发时很重要的技术点，掌握此技术可以对线程的停止进行有效的处理。
停止一个线程可以使用Thread.stop()方法，但最好不用它。该方法是不安全的，已被弃用。
在Java中有以下3种方法可以终止正在运行的线程：
1.使用退出标志，使线程正常退出，也就是当run方法完成后线程终止
使用stop方法强行终止线程，但是不推荐使用这个方法，因为stop和suspend及resume一样，都是作废过期的方法，使用他们可能产生不可预料的结果。
2.使用interrupt方法中断线程，但这个不会终止一个正在运行的线程，还需要加入一个判断才可以完成线程的停止。
3.暂停线程
interrupt()方法
六、线程的优先级
在操作系统中，线程可以划分优先级，优先级较高的线程得到的CPU资源较多，也就是CPU优先执行优先级较高的线程对象中的任务。
设置线程优先级有助于帮“线程规划器”确定在下一次选择哪一个线程来优先执行。
设置线程的优先级使用setPriority()方法，此方法在JDK的源码如下：
public final void setPriority(int newPriority) {
ThreadGroup g;
checkAccess(); if (newPriority > MAX_PRIORITY || newPriority < MIN_PRIORITY) { throw new IllegalArgumentException();
} if((g = getThreadGroup()) != null) { if (newPriority > g.getMaxPriority()) {
newPriority = g.getMaxPriority();
}
setPriority0(priority = newPriority);
}
}在Java中，线程的优先级分为1~10这10个等级，如果小于1或大于10，则JDK抛出异常throw new IllegalArgumentException()。
JDK中使用3个常量来预置定义优先级的值，代码如下：
public final static int MIN_PRIORITY = 1;public final static int NORM_PRIORITY = 5;public final static int MAX_PRIORITY = 10;
1.线程优先级特性：
1）继承性
比如A线程启动B线程，则B线程的优先级与A是一样的。
2）规则性
高优先级的线程总是大部分先执行完，但不代表高优先级线程全部先执行完。
3）随机性
优先级较高的线程不一定每一次都先执行完。
七、守护线程
在Java线程中有两种线程，一种是User Thread（用户线程），另一种是Daemon Thread(守护线程)。
Daemon的作用是为其他线程的运行提供服务，比如说GC线程。其实User Thread线程和Daemon Thread守护线程本质上来说去没啥区别的，唯一的区别之处就在虚拟机的离开：如果User Thread全部撤离，那么Daemon Thread也就没啥线程好服务的了，所以虚拟机也就退出了。
守护线程并非虚拟机内部可以提供，用户也可以自行的设定守护线程，方法：public final void setDaemon(boolean on) ；但是有几点需要注意：
thread.setDaemon(true)必须在thread.start()之前设置，否则会跑出一个IllegalThreadStateException异常。你不能把正在运行的常规线程设置为守护线程。 （备注：这点与守护进程有着明显的区别，守护进程是创建后，让进程摆脱原会话的控制+让进程摆脱原进程组的控制+让进程摆脱原控制终端的控制；所以说寄托于虚拟机的语言机制跟系统级语言有着本质上面的区别）
在Daemon线程中产生的新线程也是Daemon的。 （这一点又是有着本质的区别了：守护进程fork()出来的子进程不再是守护进程，尽管它把父进程的进程相关信息复制过去了，但是子进程的进程的父进程不是init进程，所谓的守护进程本质上说就是“父进程挂掉，init收养，然后文件0,1,2都是/dev/null，当前目录到/”）
不是所有的应用都可以分配给Daemon线程来进行服务，比如读写操作或者计算逻辑。因为在Daemon Thread还没来的及进行操作时，虚拟机可能已经退出了。
八、同步与死锁
1.同步代码块
在代码块上加上”synchronized”关键字，则此代码块就称为同步代码块
同步代码块格式
synchronized(同步物件){
需要同步的程式碼區塊;
}
2.同步方法
除了程式碼區塊可以同步，方法也是可以同步的
方法同步格式
1
synchronized void 方法名稱(){}
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