Java入门:线程

作者: 我的袜子都是洞 | 来源:发表于2018-12-15 22:31 被阅读56次

为什么一个CPU可以同时执行那么多进程和线程？

根本原因是，CPU将时间分隔成很多的小片，叫做时间片，每个进程分得一定的小片，得到分配的进程就可以运行，时间片用完就还下一个得到时间片的进程来运行。因为CPU的执行速快到飞起，每个时间片都贼短，所以我们就感觉是在同时执行。

创建线程

创建线程，首先需要定义线程类，定义线程类有两种主要方法：

继承Thread类
实现Runable接口

继承`Thread`类

定义一个线程只要它继承Thread类，那么它就是一个线程类。然后重写public void run()方法，run()方法里的代码就是线程要执行的代码块，方法run()称为线程体。
Thread类封装了线程的行为，定义了很多控制线程的方法。
Thread类的构造函数：

Thread():创建新的Thread对象
Thread(String name):创建线程并设定线程的名称
Thread(Runable target):根据target创建新的Thread对象
Thread(Runable target,String name):根据target创建新的Thread对象，并且指定线程名称
Thread(ThreadGroup group,Runable target):创建新的Thread对象，并指定所属线程组

来个实栗吧：

DownLoadThread.java

ThreadTest.java

实现`Runnable`接口

上面通过继承Thread类实现线程虽然可以用，但是也有缺点，就是类不能再继承其他类了，因为Java类只能继承一个父类嘛。但是！实现Runnable接口来创建线程就没有这么个问题辣。
来第二个实栗：

DownLoadThread2.java

ThreadTest2.java

让这个实例跑起来，观察一下他的输出结果，main()方法的输出和新建线程的输出是交替出现的。
通过实现Runnable接口的方法创建的线程，更加灵活，线程类本身还可以继承其他的类。而使用继承Thread类的方法创建的线程，得到线程的名字就更简单了。推荐使用Runnable方法，童嫂无欺。

线程的调度和控制

Java中一个线程从创建开始，有很多种状态，这些状态可以通过Thread类的一些相关方法进行控制转换。
一个线程有如下的状态：

新建状态(new):创建一个线程类的对象后，还没有调用start()方法的线程称为新建状态
可运行状态(Runnable):调用start()方法后，系统为该线程分配了所需要的资源，但是还没有得到CPU的执行权，这是可运行状态。
正在运行状态(Running):由虚拟机线程管理器调度，获得CPU的执行权，正在CPU上执行run()方法中的代码的线程。
对象wait池等待状态：调用wait()方法后线程在对象的等待池中等待
对象lock池等待状态：遇到synchronized关键代码段，无法获得对象的锁，则在该对象的lock池中等待
其他阻塞状态：如执行sleep()方法或者遇到IO访问阻塞等
结束状态(Dead)：运行结束的线程

Thread类的常用方法：

static Thread currentThread()：返回当前正在执行的线程对象的引用
String getName():返回该线程的名称
int getPriority():返回线程的优先级
void interrupt():中断线程
static boolean interrrupted():测试当前线程是否已经中断
boolean isAlive():测试线程是否处于活动状态
boolean isDaemon():测试线程是否为守护线程
boolean isInterrupted():测试线程是否已经中断
void join():等待该线程中止
void join(long millis):等待该线程终止的时间最长为millis毫秒
void join(long millis,int nanos):等待该线程终止的时间最长为millis毫秒+nanos纳秒
void setDaemon(boolean on):讲线程标记为守护线程或用户线程
void setName(String name):改变线程名称，线程名称为name
void setPriority(int newPriority):更改线程的优先级
static void sleep(long millis):让当前正在执行的线程休眠millis毫秒
void stop():停止线程执行
String toString():返回该线程的字符串表示形式，包括线程的名称、优先级、线程
static void yield():暂停当前正在执行的线程对象，执行其他进程去

线程的优先级：

Thread.MIN_PRIORITY:最小优先级1
Thread.MAX_PRIORITY:最大优先级10
Thread.NORM_PRIORITY:默认优先级5

Java虚拟机根据线程的优先级来调度线程的执行，优先级越高的线程得到的运行机会就越多。如果排队等待运行的线程优先级相同，那么排在前面的线程将得到运行机会。
使用下面的方法可以对优先级进行操作：

int getPriority():得到线程的优先级
void setPriority(int newPriority):设置线程的优先级

设置线程的优先级

线程控制：让CPU休息一会
就是使线程放弃CPU的执行一会。有三种情况：

线程调用了yield(),sleep()方法
由于当前线程进行访问，等待用户输入等操作，导致线程阻塞
有高优先级的线程参与调度，导致当前线程放弃CPU

yield实例：

yield实例

线程控制：就要你等我，这么骄傲没毛病
当前等待另一个线程完成的方法：join()方法。当调用join()时，调用线程将阻塞，直到目标线程完成为止，调用线程在目标线程结束后才能重新得到运行。
join()通常由使用线程的程序调用，用于将主程序划分成许多子程序，每个子程序分配一个线程。当所有的子程序都得到运行后，再调用主程序来进一步操作。
isAlive()方法，是用来判断线程是否在活动状态，返回布尔值。如果线程已经运行结束，将返回false。

一个简单的例子，主要是操作体会一下过程吧。

join实例

输出结果：

join现在的状态是：false
我是JoinThread的线程
跑起来后的状态是：true
join运行结束,现在状态是：false
程序运行结束

线程守护神：Daemon线程
它是为其他线程提供服务的线程，它一般应该是一个独立的线程，它的run()方法是一个无线循环。
可以通过public boolean isDaemon()方法确定一个线程是否为守护线程。也可以通过public void setDaemon(boolean)方法设定一个线程为守护线程，注意设置守护进程方法要在线程启动方法start()之前。
守护线程与其他线程的区别是，如果守护线程是唯一运行着的线程，程序会自动退出。
典型的比如垃圾回收线程，如果虚拟机都退出了，那么为虚拟机提供收集内存垃圾线程就没有必要再运行了，它会自动停止运行。

来个关于守护神的例子：
守护神类里面写了一个无线循环输出，测试类里面有个循环，测试类的循环执行结束，守护神的运行也随即终止了。

线程守护

别睡了线程：中断线程
对于睡眠状态sleep()或等待状态wait()的线程，如果我们需要中止其睡眠或者等待状态，可以调用interrupt()方法。
如果线程在睡眠或等待状态下被调用了interrupt()方法，那么线程将抛出interruptException异常，需要将异常捕获并处理。
如果线程没有睡眠或等待，调用interrupt()方法并不会产生异常，也不会对线程有任何的影响。

来一个非常有意思例子：

中断线程实例

跑起来会输出：

我就睡一会
被吵醒了
干嘛打断我休息？

终止线程
API中有如下方法，不过IDE会提示这个方法已过时，还是建议大家不要使用，按照官方提示来吧。
了解一下public final void stop()。

线程组

线程组表示一个线程的集合。线程组也可以是包含其他线程组。线程组构成一棵树，每个线程组都有一个父线程组。
ThreadGroup类表示一个线程组，构造函数如下：

ThreadGroup(String name):构建一个名字为name的新线程组
ThreadGroup(ThreadGroupparent,String name):创建一个名字为name的新线程组，它的父线程组为parent。

为啥要用线程组哦？
因为方便控制，只需要单个命令即可完成对整个线程组的操作。有种号令全军如沐春风的感觉。
线程组常用方法如下：

int getMaxPriority():返回此线程组的最高优先级
String getName():返回此线程组的名称
ThreadGroup getParent():返回此线程组的父线程组
void interrupt:中断此线程组中的所有线程
boolean isDaemon():测试此线程组是否为一个守护线程线程组
boolean isDestroyed:测试此线程组是否已经被摧毁
void setDaemon(bollean daemon):设置组里的线程都为守护线程
void setMaxPriority(int pri):设置线程组的最高优先级
getThreadGroup():返回该线程所属的线程组

老习惯，例子：

线程组实例

输出：

线程组名是：我的线程组
线程名是：Thread-0
th2线程的优先级为：5
我负责疯狂输出
我负责疯狂输出
我负责疯狂输出
我负责疯狂输出
我负责疯狂输出
我负责疯狂输出
我负责疯狂输出
我负责疯狂输出
我负责疯狂输出
我负责疯狂输出
我负责疯狂输出
我负责疯狂输出

线程同步

如果涉及多个线程访问同一个数据的情况，就容易出现问题。比如一个int型数组int[] a={2,1,4,3}，如果线程a对它升序操作，另一个线程b对它降序操作。两个线程同时运行，a线程刚刚把它的2和1排好，正好发生了时间片轮换，就是这么突然狗屎运，b线程得到CPU时间片，马上把4和3放到前面。这样a线程和b线程访问共享的数据a，就会出现结果不正确的情况，这很尴尬。

一个卖书的例子：

卖书

输出结果：

第10本卖出者： tom 
第10本卖出者：Third
第10本卖出者：线程1
第7本卖出者： tom 
第6本卖出者：Third
第5本卖出者：线程1
第5本卖出者： tom 
第4本卖出者：Third
第3本卖出者： tom 
第3本卖出者：线程1
第1本卖出者： tom 
第2本卖出者：Third

这个运行结果表明数据出现异常，很是尴尬。我们如何解决这个问题呢？
当然伟大的Java已经为我们考虑好了，Java语言设计了同步机制来保护数据。在任何一个Java对象上，都有一个锁标志。synchronized关键字和对象的锁标志配合完成数据的保护。
就像这个样子去保护：

synchronized

sysnchronized包围的代码叫关键代码，当线程运行到关键代码处，首先要到o对象上去取得o对象的锁标志，然后才能执行代码。但是锁标志只有一个，线程取得锁标志后，运行关键代码，只有从关键代码离开时，才会归还锁标志。如果线程没有运行完成关键代码，锁标志不会归还。其他线程再次运行到synchronized处，无法从o上取得锁标志，就无法执行关键代码，只能静静的等待锁标志的归还。
咱来改造一下上面的卖书的案例，看是不是如我们所愿解决好问题。

卖书的案例

输出如下：

第10本卖出者：线程1
第9本卖出者：线程1
第8本卖出者：线程1
第7本卖出者：线程1
第6本卖出者：线程1
第5本卖出者：线程1
第4本卖出者：线程1
第3本卖出者：线程1
第2本卖出者：线程1
第1本卖出者：线程1

上面只看到线程1是因为案例计算复杂度小，不信你可以把i修改成100试试，三个线程就都能看到辣。
上面的代码还可以再优化一下写法，因为：
public synchronized void sell(){}它就相当于如下代码：

public void sell()
{
    synchronized(this)
    {
    
    }
}

这样写代码可以更清晰，便于理解，上面的SellBook就可以这样写了：

SellBook案例升级

线程通信

当然，在synchronized关键代码中，也可以主动放弃对象的锁标志。就是通过wait()方法做到这一点。线程放弃锁标志后，线程进入了阻塞状态。
所有的Java对象都有一个wait池，每个池都可以容纳线程。wait()与notify()方法都有是Object中的方法。当线程执行了wait()方法后，线程就释放对象的锁标志并进入该对象的wait池中等待。直到notify()通知后才能运行。

wait()方法

wait()方法关键点：

wait()方法是Object对象的方法，不是Thread类的方法
wait()方法只可能在synchronized块中被调用
wait()方法被调用时，原来的锁对象释放锁，线程进入block状态
wait()被notify()唤醒的线程从wait()后面的代码开始继续执行

notidy()方法

notidy()用来唤醒正在等待的线程，使线程可以重新运行。被唤醒的线程从当时wait候的代码开始执行，但是因为其wait时已经释放了锁标志，所以必须重新获得锁标志。
notidy()方法关键点：

只能在sysnchronized中被调用，即先获得对象锁标志。
notify()方法唤起锁标志对象的等待池中的一个线程。但是，如果有几个线程在等待列表中，它无法决定哪个线程被唤醒。调用notifyAll()方法可以让所有的等待线程被唤醒。

使用notify()唤醒wait()的例子：

notify()唤醒wait()

notidyAll()方法

notidy()方法注意事项：

只能在synchronized中被调用，即先获得对象锁标志
notidy()方法唤起锁标志所属对象的等待池中的所有的等待线程

Timer和TimerTask

Timer是一种定时器工具。它可以用来启动TimerTask来执行任务一次或者反复多次。
TimerTask是一个抽象类，表示一个可以被Timer执行的定时器任务。它实际上是一种特殊的线程，是Timer来定时启动执行一次任务或者重复执行某个任务。
TimerTask类本身没有实现run()方法，其run()方法由子类实现。

Timer类常用方法如下：

void schedule(TimerTask task,Date time):安排在指定的时间执行执行的任务
void schedule(TimerTask task,Date firstTime,long period):安排指定的任务在指定的时间开始进行重复的执行
void schedule(TimerTask task,long delay):安排在指定延迟后执行指定的任务
void wchedule(TimerTask task,long delay,long priod):安排指定的任务从指定的延迟后开始进行重复的固定延迟执行

很普通的例子：

Timer案例

死锁

死锁就是所有的线程都无法运行，整个程序处于阻塞状态，并且不可以恢复到运行状态。一旦发生死锁，线程就没有运行的意义了。
两个线程互相拿到了对方需要的资源，此时两个线程都不会放弃自己已经拿到的资源，这时程序就无法继续运行下去，死锁就出现了。我们写程序要注意防止死锁情况的出现。

Java入门:线程

相关概念

为什么一个CPU可以同时执行那么多进程和线程？

创建线程

继承`Thread`类

实现`Runnable`接口

线程的调度和控制

线程组

线程同步

线程通信

wait()方法

notidy()方法

notidyAll()方法

Timer和TimerTask

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