Java总结篇系列：Java多线程（一）

时间 2019-11-11

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多线程做为Java中很重要的一个知识点，在此仍是有必要总结一下的。java

一.线程的生命周期及五种基本状态多线程

关于Java中线程的生命周期，首先看一下下面这张较为经典的图：ide

上图中基本上囊括了Java中多线程各重要知识点。掌握了上图中的各知识点，Java中的多线程也就基本上掌握了。主要包括：this

Java线程具备五中基本状态线程

新建状态（New）：当线程对象对建立后，即进入了新建状态，如：Thread t = new MyThread();code

就绪状态（Runnable）：当调用线程对象的start()方法（t.start();），线程即进入就绪状态。处于就绪状态的线程，只是说明此线程已经作好了准备，随时等待CPU调度执行，并非说执行了t.start()此线程当即就会执行；对象

运行状态（Running）：当CPU开始调度处于就绪状态的线程时，此时线程才得以真正执行，即进入到运行状态。注：就绪状态是进入到运行状态的惟一入口，也就是说，线程要想进入运行状态执行，首先必须处于就绪状态中；blog

阻塞状态（Blocked）：处于运行状态中的线程因为某种缘由，暂时放弃对CPU的使用权，中止执行，此时进入阻塞状态，直到其进入到就绪状态，才有机会再次被CPU调用以进入到运行状态。根据阻塞产生的缘由不一样，阻塞状态又能够分为三种：继承

1.等待阻塞：运行状态中的线程执行wait()方法，使本线程进入到等待阻塞状态；接口

2.同步阻塞 -- 线程在获取synchronized同步锁失败(由于锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态；

3.其余阻塞 -- 经过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程从新转入就绪状态。

死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

二. Java多线程的建立及启动

Java中线程的建立常见有如三种基本形式

1.继承Thread类，重写该类的run()方法。

class MyThread extends Thread {
    
    private int i = 0;

    @Override
    public void run() {
        for (i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
    }
}

public class ThreadTest {

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);//i<30的时候是main线程?
            if (i == 30) {
                Thread myThread1 = new MyThread();// 建立一个新的线程  myThread1  此线程进入新建状态
                Thread myThread2 = new MyThread();// 建立一个新的线程 myThread2 此线程进入新建状态
                myThread1.start();                // 调用start()方法使得线程进入就绪状态
                myThread2.start();                // 调用start()方法使得线程进入就绪状态
            }
        }
    }
}

如上所示，继承Thread类，经过重写run()方法定义了一个新的线程类MyThread，其中run()方法的方法体表明了线程须要完成的任务，称之为线程执行体。当建立此线程类对象时一个新的线程得以建立，并进入到线程新建状态。经过调用线程对象引用的start()方法，使得该线程进入到就绪状态，此时此线程并不必定会立刻得以执行，这取决于CPU调度时机。

2.实现Runnable接口，并重写该接口的run()方法，该run()方法一样是线程执行体，建立Runnable实现类的实例，并以此实例做为Thread类的target来建立Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。

class MyRunnable implements Runnable {
    private int i = 0;

    @Override
    public void run() {
        for (i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
    }
}

public class ThreadTest {

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            if (i == 30) {
                Runnable myRunnable = new MyRunnable(); // 建立一个Runnable实现类的对象
                Thread thread1 = new Thread(myRunnable); // 将myRunnable做为Thread target建立新的线程
                Thread thread2 = new Thread(myRunnable);
                thread1.start(); // 调用start()方法使得线程进入就绪状态
                thread2.start();
            }
        }
    }
}

相信以上两种建立新线程的方式你们都很熟悉了，那么Thread和Runnable之间究竟是什么关系呢？咱们首先来看一下下面这个例子。

public class ThreadTest {

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            if (i == 30) {
                Runnable myRunnable = new MyRunnable();
                Thread thread = new MyThread(myRunnable);
                thread.start();
            }
        }
    }
}

class MyRunnable implements Runnable {
    private int i = 0;

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("in MyRunnable run");
        for (i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
    }
}

class MyThread extends Thread {

    private int i = 0;
    
    public MyThread(Runnable runnable){
        super(runnable);
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("in MyThread run");
        for (i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
    }
}

一样的，与实现Runnable接口建立线程方式类似，不一样的地方在于

Thread thread = new MyThread(myRunnable);

那么这种方式能够顺利建立出一个新的线程么？答案是确定的。至于此时的线程执行体究竟是MyRunnable接口中的run()方法仍是MyThread类中的run()方法呢？经过输出咱们知道线程执行体是MyThread类中的run()方法。其实缘由很简单，由于Thread类自己也是实现了Runnable接口，而run()方法最早是在Runnable接口中定义的方法。

public interface Runnable {  
    public abstract void run();
}

咱们看一下Thread类中对Runnable接口中run()方法的实现：

@Override
    public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();
        }
    }

也就是说，当执行到Thread类中的run()方法时，会首先判断target是否存在，存在则执行target中的run()方法，也就是实现了Runnable接口并重写了run()方法的类中的run()方法。可是上述给到的列子中，因为多态的存在，根本就没有执行到Thread类中的run()方法，而是直接先执行了运行时类型即MyThread类中的run()方法。

若是继承了Thread类的子类MyThread又Override了run方法，那么不会判断target，因此直接就执行了MyThread的run方法，不会再去判断MyThread的入参target.

3.使用Callable和Future接口建立线程。具体是建立Callable接口的实现类，并实现clall()方法。并使用FutureTask类来包装Callable实现类的对象，且以此FutureTask对象做为Thread对象的target来建立线程。

看着好像有点复杂，直接来看一个例子就清晰了。

public class ThreadTest {

    public static void main(String[] args) {

        Callable<Integer> myCallable = new MyCallable();    // 建立MyCallable对象
        FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<Integer>(myCallable); //使用FutureTask来包装MyCallable对象

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            if (i == 30) {
                Thread thread = new Thread(ft);   //FutureTask对象做为Thread对象的target建立新的线程
                thread.start();                      //线程进入到就绪状态
            }
        }

        System.out.println("主线程for循环执行完毕..");
        
        try {
            int sum = ft.get();            //取得新建立的新线程中的call()方法返回的结果
            System.out.println("sum = " + sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}


class MyCallable implements Callable<Integer> {
    private int i = 0;

    // 与run()方法不一样的是，call()方法具备返回值
    @Override
    public Integer call() {
        int sum = 0;
        for (; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            sum += i;
        }
        return sum;
    }

}

首先，咱们发现，在实现Callable接口中，此时再也不是run()方法了，而是call()方法，此call()方法做为线程执行体，同时还具备返回值！在建立新的线程时，是经过FutureTask来包装MyCallable对象，同时做为了Thread对象的target。那么看下FutureTask类的定义：

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {
  ......
}

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {  
    void run();  
}

因而，咱们发现FutureTask类其实是同时实现了Runnable和Future接口，由此才使得其具备Future和Runnable双重特性。经过Runnable特性，能够做为Thread对象的target，而Future特性，使得其能够取得新建立线程中的call()方法的返回值。

执行下此程序，咱们发现sum = 4950永远都是最后输出的。而“主线程for循环执行完毕..”则极可能是在子线程循环中间输出。由CPU的线程调度机制，咱们知道，“主线程for循环执行完毕..”的输出时机是没有任何问题的，那么为何sum =4950会永远最后输出呢？

缘由在于经过ft.get()方法获取子线程call()方法的返回值时，当子线程此方法还未执行完毕，ft.get()方法会一直阻塞，直到call()方法执行完毕才能取到返回值。

上述主要讲解了三种常见的线程建立方式，对于线程的启动而言，都是调用线程对象的start()方法，须要特别注意的是：不能对同一线程对象两次调用start()方法。

三. Java多线程的就绪、运行和死亡状态

就绪状态转换为运行状态：当此线程获得处理器资源；

运行状态转换为就绪状态：当此线程主动调用yield()方法或在运行过程当中失去处理器资源。

运行状态转换为死亡状态：当此线程线程执行体执行完毕或发生了异常。

此处须要特别注意的是：当调用线程的yield()方法时，线程从运行状态转换为就绪状态，但接下来CPU调度就绪状态中的哪一个线程具备必定的随机性，所以，可能会出现A线程调用了yield()方法后，接下来CPU仍然调度了A线程的状况。

因为实际的业务须要，经常会遇到须要在特定时机终止某一线程的运行，使其进入到死亡状态。目前最通用的作法是设置一boolean型的变量，当条件知足时，使线程执行体快速执行完毕。如：

public class ThreadTest {

    public static void main(String[] args) {

        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
        Thread thread = new Thread(myRunnable);
        
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            if (i == 30) {
                thread.start();
            }
            if(i == 40){
                myRunnable.stopThread();
            }
        }
    }
}

class MyRunnable implements Runnable {

    private boolean stop;

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100 && !stop; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
    }

    public void stopThread() {
        this.stop = true;
    }

}