前言

    在开发中我们经常使用线程来优化程序，提高系统执行效率，今天我们就来简单概述一下Java开发过程中需要了解的多线程知识点。首先，整理出一张图概括了Java多线程的体系：

一、进程与线程

    进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。

    线程，有时被称为轻量级进程(Lightweight Process，LWP），是程序执行流的最小单元。线程是程序中一个单一的顺序控制流程，在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作，称为多线程。

    进程和线程的关系可以用下图来描述：

二、同步与异步

    对于一次方法的调用来说，同步方法调用一旦开始，就必须等待该方法的调用返回，后续的方法才可以继续执行；异步的话，方法调用一旦开始，就可以立即返回，调用者可以执行后续的方法，这里的异步方法通常会在另一个线程里真实的执行，而不会妨碍当前线程的执行。

三、并行与并发

    并发和并行是两个相对容易比较混淆的概念。他都可以表示在同一时间范围内有两个或多个任务同时在执行，但其在任务调度的时候还是有区别的，首先看下图：

并发任务执行过程：

从上图中可以看到，两个任务在执行的时候，并发是没有时间上的重叠的，两个任务是交替执行的，由于切换的非常快，对于外界调用者来说相当于同一时刻多个任务一起执行了；而并行可以看到时间上是由重叠的，也就是说并行才是真正意义上的同一时刻可以有多个任务同时执行。

四、线程的状态

线程从创建、运行到结束总是处于下面五个状态之一：新建状态、就绪状态、运行状态、阻塞状态及死亡状态。

1、新建状态(New)：

       当用new操作符创建一个线程时，例如new Thread(r)，线程还没有开始运行，此时线程处在新建状态。 当一个线程处于新生状态时，程序还没有开始运行线程中的代码。

2、就绪状态(Runnable)

        一个新创建的线程并不自动开始运行，要执行线程，必须调用线程的start()方法。当线程对象调用start()方法即启动了线程，start()方法创建线程运行的系统资源，并调度线程运行run()方法。当start()方法返回后，线程就处于就绪状态，处于就绪状态的线程并不一定立即运行run()方法，线程还必须同其他线程竞争CPU时间，只有获得CPU时间才可以运行线程。因为在单CPU的计算机系统中，不可能同时运行多个线程，一个时刻仅有一个线程处于运行状态。因此此时可能有多个线程处于就绪状态，对多个处于就绪状态的线程是由Java运行时系统的线程调度程序(thread scheduler)来调度的。

3、运行状态(Running)

       当线程获得CPU时间后，它才进入运行状态，真正开始执行run()方法。

4、 阻塞状态(Blocked)

       线程运行过程中，可能由于各种原因进入阻塞状态: 1）线程通过调用sleep方法进入睡眠状态； 2）线程调用一个在I/O上被阻塞的操作，即该操作在输入输出操作完成之前不会返回到它的调用者； 3）线程试图得到一个锁，而该锁正被其他线程持有； 4）线程在等待某个触发条件； ...... 所谓阻塞状态是正在运行的线程没有运行结束，暂时让出CPU，这时其他处于就绪状态的线程就可以获得CPU时间，进入运行状态。

5、 死亡状态(Dead)

       有两个原因会导致线程死亡： 1) run方法正常退出而自然死亡； 2) 一个未捕获的异常终止了run方法而使线程猝死。 为了确定线程在当前是否存活（就是要么是可运行的，要么是被阻塞了），需要使用isAlive方法。如果是可运行或被阻塞，这个方法返回true； 如果线程仍旧是new状态且不是可运行的， 或者线程死亡了，则返回false。

现在我们用一张图来说明它们之间的状态：

五、创建线程的三种方式

（1）继承Thread类创建线程类

1、定义Thread类的子类,并重写该类的run()方法,该run()方法的方法体就代表了线程需要完成的任务.因此把run()方法称为线程执行体

2、创建Thread子类的实例,即创建了线程对象

3、调用线程对象的start()方法来启动该线程.

Java程序运行时默认的主线程,main()方法的方法体就是主线程的线程执行体。

可以看到Thread-0和Thread-1两个线程的输出的i变量不连续-----注意:i变量是FirstThread的实例变量,而不是局部变量,但是因为程序每次创建线程对象都需要创建一个FirstThread对象,所以Thread-0和Thread-1不能共享该实例变量。

使用继承Thread类的方法来创建线程类时,多个线程之间是无法共享线程类的实例变量。

（2） 实现Runnable接口创建线程类

1、定义Runnable接口的实现类,并重写该接口的run()方法,该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体

2、创建Runnable实现类的实例,并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象,该Thread对象才是真正的线程对象

3、调用线程对象的start()方法来启动该线程

当线程类实现Runnable接口时,如果想获取当前线程，只能用Thread.currentThread()方法可以看到两个子线程的i变量是连续的这是因为采用Runnable接口的方式创建的多个线程可以共享线程类的实例变量.是因为:程序创建的Runnable对象只是线程的target,而多个线程可以共享一个target,所以多个线程可以共享一个线程类(实际上应该是线程的target类)的实例变量。

（3）使用Callable和Future创建线程

通过实现Runnable接口创建多线程时,Thread类的作用就是把run()方法包装成线程执行体.从Java5开始,Java提供了Callable接口,该接口可以理解为是Runnable接口的增强版,Callable接口提供了一个call()方法可以作为线程执行体,但call()方法比run()方法功能更强大,call()方法可以有返回值.call()方法可以声明抛出的异常。

但是Callable接口并不是Runnable接口的子接口,所以Callable对象不能直接作为Thread的target.而且call()方法还有一个返回值,call()方法并不是直接调用的,它是作为线程执行体被调用的.好在Java提供了Future接口来代表Callable接口里的Call()方法的返回值,并为Future接口提供了一个FutureTask实现类,该实现类既实现了Future接口,并实现了Runnable接口----可以作为Thread类的target。

在Future接口里定义了几个公共方法来控制它关联的Callable任务。

Callable接口有泛型限制,并且Callable接口里的泛型形参类型与call()方法返回值类型相同.而且Callable接口是函数式接口,可以用Lambda表达式创建Callable对象。

创建并启动具有返回值的线程的步骤如下：

1、创建Callable接口的实现类,并实现call()方法,该call()方法将作为线程执行体,且该call()方法有返回值,再创建Callable实现类的实例.

2、使用FutureTask类来包装Callable对象,该FutureTask对象封装了该Callable对象的call()方法的返回值

3、使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建并启动新线程

4、调用FutureTask对象的get()方法来获得子线程执行结束后的返回值.

（4）创建线程的三种方式对比

采用实现Runnable、Callable接口的方式创建多线程的优缺点：

1、线程类只是实现了Runnable接口或Callable接口,还可以继承其他类。

2、多个线程可以共享同一个target对象,非常适合多个相同线程来处理同一份资源的情况,较好的体现了面向对象的思想。

3、需要访问当前线程,则必须使用Thread.currentThread()方法。

采用继承Thread类的方式创建多线程的优缺点：

1、因为该线程已经继承了Thread类,所以不能在继承其他父类。

2、编写简单,如果需要访问当前线程,则无需使用Thread.currentThread()方法,直接使用this即可获得当前线程。

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