JAVA高级(1)—— JAVA多线程

一、如何创建线程

在java要创建线程,一般有两种方式:1)继承Thread类;2)实现Runnable接口

1、继承Thread类

继承Thread类,重写run方法,在run方法中定义需要执行的任务。

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");  
    }  
}  

注意:创建好线程类之后,就可以创建线程对象了,然后通过start()方法去启动线程。不是调用run()方法启动线程,run方法中只是定义需要执行的任务,如果调用run方法,即相当于在主线程中执行run方法,跟普通的方法调用没有任何区别,此时并不会创建一个新的线程来执行定义的任务。

2、实现Runnable接口

实现Runnable接口必须重写其run方法。

class MyRunnable implements Runnable{  
    public MyRunnable() {  
    }  
    @Override  
    public void run() {  
        System.out.println("子线程ID:"+Thread.currentThread().getId());  
    }  
}  
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();  
    }  
} 

注意:这种方式必须将Runnable作为Thread类的参数,然后通过Thread的start方法来创建一个新线程来执行该子任务。如果调用Runnable的run方法的话,是不会创建新线程的,这根普通的方法调用没有任何区别

实现Runnable接口相比继承Thread类有如下优势
1、可以避免由于Java的单继承特性而带来的局限;
2、增强程序的健壮性,代码能够被多个线程共享,代码与数据是独立的,适合多个线程去处理同一资源的情况。

二、线程的状态

线程状态

线程包括以下这几个状态:创建(new)、就绪(runnable)、运行(running)、阻塞(blocked)、time wating、wating、消亡(dead)。

当需要新起一个线程来执行某个子任务时,就创建了一个线程。但是线程创建之后,不会立即进入就绪状态,因为线程的运行需要一些条件(比如内存资源,程序计数器、Java栈、本地方法栈都是线程私有的,所以需要为线程分配一定的内存空间),只有线程运行需要的所有条件满足了,才进入就绪状态。

当线程进入就绪状态后,不代表立刻就能获取CPU执行时间,也许此时CPU正在执行其他的事情,因此它要等待。当得到CPU执行时间之后,线程便真正进入运行状态。

线程在运行状态过程中,可能有多个原因导致当前线程不继续运行下去,比如用户主动让线程睡眠(睡眠一定的时间之后再重新执行)、用户主动让线程等待,或者被同步块给阻塞,此时就对应着多个状态:time wating、wating、阻塞。

当由于突然中断或者子任务执行完毕,线程就会被消亡。

三、上下文切换

对于单核CPU来说(对于多核CPU,此处就理解为一个核),CPU在一个时刻只能运行一个线程,当在运行一个线程的过程中转去运行另外一个线程,这个叫做线程上下文切换(对于进程也是类似)。

由于可能当前线程的任务并没有执行完毕,所以在切换时需要保存线程的运行状态,以便下次重新切换回来时能够继续切换之前的状态运行。举个简单的例子:比如一个线程A正在读取一个文件的内容,正读到文件的一半,此时需要暂停线程A,转去执行线程B,当再次切换回来执行线程A的时候,我们不希望线程A又从文件的开头来读取。

因此需要记录线程A的运行状态,那么会记录哪些数据呢?因为下次恢复时需要知道在这之前当前线程已经执行到哪条指令了,所以需要记录程序计数器的值,另外比如说线程正在进行某个计算的时候被挂起了,那么下次继续执行的时候需要知道之前挂起时变量的值时多少,因此需要记录CPU寄存器的状态。所以一般来说,线程上下文切换过程中会记录程序计数器、CPU寄存器状态等数据。

说简单点的:对于线程的上下文切换实际上就是存储和恢复CPU状态的过程,它使得线程执行能够从中断点恢复执行。

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、Thread类

常用方法

  • sleep(long time)
  • sleep(long millis, int nanos)

sleep相当于让线程睡眠,交出CPU,让CPU去执行其他的任务。sleep方法不会释放锁,如果调用了sleep方法,必须处理InterruptedException异常。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。

  • yield()

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。yield可以直接用Thread类调用,yield让出CPU执行权给同等级的线程,如果没有相同级别的线程在等待CPU的执行权,则该线程继续执行。
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。

  • join()
  • join(long millis)
  • join(long millis,int nanoseconds)

join方法用线程对象调用,如果在一个线程A中调用另一个线程B的join方法,线程A将会等待线程B执行完毕后再执行或者等待一定的时间。如果调用的是无参join方法,则等待thread执行完毕,如果调用的是指定了时间参数的join方法,则等待一定的时间。
实际上调用join方法是调用了Object的wait方法。wait方法会让线程进入阻塞状态,并且会释放线程占有的锁,并交出CPU执行权限。由于wait方法会让线程释放对象锁,所以join方法同样会让线程释放对一个对象持有的锁。

  • interrupt()

顾名思义,即中断的意思。单独调用interrupt方法可以使得处于阻塞状态的线程抛出一个异常,也就说,它可以用来中断一个正处于阻塞状态的线程;直接调用interrupt方法不能中断正在运行中的线程。另外,通过interrupt方法和isInterrupted()方法来停止正在运行的线程

  • getId()
    用来得到线程ID
  • getName()和setName(String threadName)
    用来得到或者设置线程名称。
  • getPriority()和setPriority(int priority)
    用来获取和设置线程优先级。
  • setDaemon(boolean isDaemon)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:
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。
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。
Thread类有一个比较常用的静态方法currentThread()用来获取当前线程。

参考文献

Java中的多线程你只要看这一篇就够了
java并发编程---如何创建线程以及Thread类的使用
Java中继承thread类与实现Runnable接口的区别

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