Java 多线程（超详细讲解）上篇

多线程可以使程序在同一时间内执行多个操作，采用Java中的多线程机制可以使计算机资源得到更充分的利用，多线程技术在网络编程中有广泛的应用。

一、进程与线程

进程是程序的一次动态执行过程，它是从代码加载、执行中到执行完毕的一个完整过程，也就是进程本身从产生、发展到最终消亡的过程。操作系统同时管理一个计算机系统中的多个进程，让计算机系统中的多个进程轮流使用中央处理器资源，或者共享操作系统的其他资源。由于CPU执行速度非常快，所有程序好像在“同时”运行一样。
在操作系统中可以多个进程，这些进程包括系统进程（由操作系统内部建立的进程）和用户进程（由用户程序建立的进程）。可以从Windows任务管理器中查看已启动的进程，进程是系统运行程序的最小单元。各进程之间是独立的，每个进程的内部数据和状态也是完全独立的。
线程是进程中执行运算的最小单位，是在进程基础上的进一步划分，一个线程可以完成一个独立的顺序控制流程。
与进程不同，同一进程内的多个线程共享同一块内存空间（包括代码空间、数据空间）和一块系统资源，所以系统在产生一个线程或在各线程之间切换工作，其负担要比在进程间切换小得多。

二、线程的优势

多线程作为一种多任务并发的工作方式，有着广泛的应用。合理使用线程，将减少开发和维护的成本，甚至可以改善复杂应用程序的性能。使用多线程的优势如下：
  1. 充分利用CPU的资源
  2. 简化编程模型
  3. 良好的用户体验

三、多线程编程

在Java语言中，实现多线程的方式有两种：一种是继承Thread类，另一种是实现Runnable接口。

1、Thread类介绍

Thread类提供了大量的方法来控制和操作线程。

方法描述类型
Thread()创建Thread对象构造方法
Thread(Runnable target)创建Thread对象，target为run()方法被调用的对象构造方法
Thread(Runnable target,String name)创建Thread对象，target为run()方法被调用的对象，name为新线程的名称构造方法
void run()执行任务操作的方法实例方法
void start()使该线程开始运行，JVM将调用该线程的run()方法实例方法
void sleep(long millis)在指定的毫秒数内让当前正在运行的线程休眠（暂停运行）静态方法
Thread currentThread()返回当前线程对象的引用静态方法

Thread类的静态方法currentThread()返回当前线程对象的引用。在Java程序启动时，一个线程立即随之启动，这个线程通常被称为程序的主线程。
Thread类的重要性：

  1. 主线程是产生其他子线程的线程
  2. 主线程通常必须最后完成运行，因为它执行各种关闭动作
    示例：
public class MainThreadTest {public static void main(String[] args) {Thread t=Thread.currentThread();System.out.println("当前线程："+t.getName());t.setName("MainThread");System.out.println("当前线程："+t.getName());}
}

以上示例中，使用Thread currentThread()方法获取当前线程，即主线程的Thread对象。在Thread中定义了name属性，记录线程名称，可以使用setName()方法或getName()方法对线程名称进行赋值和取值操作。

继承Thread类创建线程类

继承Thread类是实现线程的一种方式。在使用此方法自定义线程类时，必须在格式上满足如下要求：

  • 此类必须继承Thread类
  • 将线程执行的代码写在run()方法中

语法结构：

//继承Thread类的方式创建自定义线程类
public class MyThread extends Thread{//重写Thread类中的run()方法public void run(){//线程执行任务的代码}
}

示例：

public class WorkThread extends Thread{public void run(){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始采摘苹果树：");for (int i = 0; i <5 ; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"进度：第"+(i+1)+"颗");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"已完成采摘任务！");}}
class ThreadTest{public static void main(String[] args) {WorkThread workThread=new WorkThread();workThread.setName("果农A");workThread.start();WorkThread workThread2=new WorkThread();workThread2.setName("果农B");workThread2.start();}
}

运行结果：

果农B开始采摘苹果树：
果农A开始采摘苹果树：
果农B进度：第1颗
果农A进度：第1颗
果农B进度：第2颗
果农A进度：第2颗
果农A进度：第3颗
果农B进度：第3颗
果农B进度：第4颗
果农A进度：第4颗
果农B进度：第5颗
果农A进度：第5颗
果农B已完成采摘任务！
果农A已完成采摘任务！

从以上示例可以看出，两个线程对象调用start()方法启动后，每个线程都会独立完成各自的线程操作，相互之间没有影响并行运行。

实现Runnable接口创建线程类

Runnable接口位于java.lang包中，其中只提供一个抽象方法run()的声明，Thread类也实现了Runnable接口。使用Runnable接口时离不开Thread类，这是因为它要用Thread类中的start()方法。在Runnable接口中只有run()方法，其他操作都要借助于Thread类。

语法结构：

//实现Runnable接口方式创建线程类
class MyThread implements Runnable{public void run(){//这里写线程内容}
}
//测试类
public class RunnableTest{public static void main(String[] args){//通过Thread类创建线程对象MyThread myThread=new MyThread();Thread thread=new Thread(myThread);thread.start();}
}

在上面的代码中，MyThread类实现了Runnable接口，在run()方法中编写线程所执行的代码。如果MyThread还需要继承其他类（如Base类），也完全可以实现。关键代码如下：

class MyThread extends Base implements Runnable{public void run(){//线程执行任务的代码}
}

示例：

public class OneGroupThread extends Thread {public void run() {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始为苹果树剪枝");for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进度：第" + (i + 1) + "颗");try {Thread.sleep(500);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "已完成任务！");}
}class TwoGroupThread extends Thread {public void run() {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始为苹果树剪枝");for (int i = 0; i < 7; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进度：第" + (i + 1) + "颗");try {Thread.sleep(300);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "已完成任务！");}
}class Test {public static void main(String[] args) {OneGroupThread thread = new OneGroupThread();TwoGroupThread thread2 = new TwoGroupThread();thread.setName("一组阿哲");thread.start();thread2.setName("二组洋洋");thread2.start();}
}}
}

运行结果：

一组阿哲开始为苹果树剪枝
二组洋洋开始为苹果树剪枝
一组阿哲进度：第1颗
二组洋洋进度：第1颗
二组洋洋进度：第2颗
一组阿哲进度：第2颗
二组洋洋进度：第3颗
二组洋洋进度：第4颗
一组阿哲进度：第3颗
二组洋洋进度：第5颗
一组阿哲进度：第4颗
二组洋洋进度：第6颗
二组洋洋进度：第7颗
一组阿哲进度：第5颗
二组洋洋已完成任务！
一组阿哲已完成任务！

2、线程调度相关方法

方法描述
int getPriority()返回线程的优先级
void setPrority(int newPriority)更改线程的优先级
boolean isAlive()测试线程是否处于活动状态
void join()进程中的其他线程必须等待该线程终止后才能运行
void interrupt()中断线程
void yield()暂停当前正在执行的线程类对象并运行其他线程

1、线程的优先级

范围是1~10；可以使用数字也可以使用以下三个静态常量

  1. MAX_PRIORITY：其值是10，表示优先级最高。
  2. MIN_PRIORITY：其值是1，表示优先级最低。
  3. NORM_PRIORITY：其值是5，表示普通优先级，也就是默认值。

优先级并不代表永远是该线程一直有运行的机会，而是，会获得更多的运行机会，优先级低，也是会获得运行机会的。

示例：

public class WorkThread2 implements Runnable{public void run(){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始采摘苹果树：");for (int i = 0; i <5 ; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"进度：第"+(i+1)+"颗,优先级："+Thread.currentThread().getPriority());try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"已完成采摘任务！");}}
class RunnableTest{public static void main(String[] args) {WorkThread2 work1=new WorkThread2();Thread t1=new Thread(work1,"果农A");WorkThread2 work2=new WorkThread2();Thread t2=new Thread(work2,"果农B");WorkThread2 work3=new WorkThread2();Thread t3=new Thread(work3,"果农C");
//        Thread t1=new Thread(new WorkThread2());
//        Thread t2=new Thread(new WorkThread2());t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);t2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);t3.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);t1.start();t2.start();t3.start();}
}

运行结果：

果农A开始采摘苹果树：
果农B开始采摘苹果树：
果农B进度：第1颗,优先级：1
果农C开始采摘苹果树：
果农A进度：第1颗,优先级：10
果农C进度：第1颗,优先级：5
果农A进度：第2颗,优先级：10
果农C进度：第2颗,优先级：5
果农B进度：第2颗,优先级：1
果农A进度：第3颗,优先级：10
果农C进度：第3颗,优先级：5
果农B进度：第3颗,优先级：1
果农A进度：第4颗,优先级：10
果农B进度：第4颗,优先级：1
果农C进度：第4颗,优先级：5
果农A进度：第5颗,优先级：10
果农B进度：第5颗,优先级：1
果农C进度：第5颗,优先级：5
果农C已完成采摘任务！
果农B已完成采摘任务！
果农A已完成采摘任务！

2、线程的强制运行

在线程操作中，可以使用join()方法让一个线程强制运行。在线程强制运行期间，其他线程无法运行，必须等待此线程完成之后才可以继续运行。它有三个重载方法，定义如下：

public final void join()
public final void join(long mills)
public final void join(long mills,int nanos)

注意：调用join()方法需要处理InterruptedException异常。

示例：

public class JoinThread implements Runnable {public void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "采购进度：第" + (i + 1) + "车");}}
}
//测试类
class Test3 {public static void main(String[] args) {//创建子线程并启动Thread t=new Thread(new JoinThread(),"大型商超");t.start();Thread.currentThread().setName("果商");//修改主线程名称//正常采购for (int i = 0; i < 10; i++) {if (i==5){try {t.join();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "采购进度：第" + (i + 1) + "车");}}
}

运行结果：

果商采购进度：第1车
大型商超采购进度：第1车
果商采购进度：第2车
大型商超采购进度：第2车
果商采购进度：第3车
大型商超采购进度：第3车
大型商超采购进度：第4车
果商采购进度：第4车
果商采购进度：第5车
大型商超采购进度：第5车
大型商超采购进度：第6车
大型商超采购进度：第7车
大型商超采购进度：第8车
大型商超采购进度：第9车
大型商超采购进度：第10车
果商采购进度：第6车
果商采购进度：第7车
果商采购进度：第8车
果商采购进度：第9车
果商采购进度：第10车

在以上代码中，创建子线程类对象t代表大型商超，主线程代表果商。当向果商供应了五车水果后，改为向大型商超集中供应。在代码中，程序开始运行后，代码果商的主线程和代表大型商超的子线程交替运行。当条件满足后，执行t.join()方法，子线程会夺得CPU使用权，优先运行，子线程全部运行完毕后，代表果商的主线程恢复运行。

3、线程的礼让

当一个线程在运行中执行了Thread类的yield()静态方法后，如果此时还有相同或更高优先级的其他线程处于就绪状态，系统将会选择其他相同或更高优先级的线程运行，如果不存在这样的线程，则该线程继续运行。

注意：使用yield()方法实现线程礼让只是提供一种可能，不能保证一定会实现礼让，因为礼让的线程处于就绪状态时，还有可能被线程调度程序再次选中。

示例：

public class ChildThread implements Runnable {public void run() {for (int i = 0; i < 5; i++) {Thread.yield();//线程礼让System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "品尝：第" + (i + 1) + "块");}}
}class Test4 {public static void main(String[] args) {Thread t1=new Thread(new ChildThread(),"Child1");Thread t2=new Thread(new ChildThread(),"Child2");Thread t3=new Thread(new ChildThread(),"Child3");t1.start();t2.start();t3.start();}
}

运行结果：

Child3品尝：第1块
Child2品尝：第1块
Child1品尝：第1块
Child2品尝：第2块
Child3品尝：第2块
Child3品尝：第3块
Child3品尝：第4块
Child1品尝：第2块
Child3品尝：第5块
Child2品尝：第3块
Child1品尝：第3块
Child2品尝：第4块
Child1品尝：第4块
Child2品尝：第5块
Child1品尝：第5块

可以看出执行Thread.yield()方法之后，多线程交替运行较为频繁，提高了程序的并发性。

注意：
sleep()方法和yield()方法都是Thread类的静态方法，都会使当前处于运行状态的线程放弃CPU使用权，将运行机会让给其他线程，两者的区别如下：
1.sleep()方法会给其他线程运行机会，不考虑其他线程的优先级，因此较低优先级线程可能会获得运行机会。
2.yield()方法只会将运行机会让给相同优先级或更高优先级的线程。
3.调用sleep()方法需处理InterruptedException异常，而调用yeild()方法无此要求。

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