文章目录
- 1.进程与线程
- 2.并发与并行
- 3.线程的调度模型
- 4.实现线程
- 4.1 第一种方式:继承Thread
- 4.2 第二种方式:实现Runnable接口
- 4.3 t.start()和t.run()的本质区别?
- 4.4 线程常用的三个方法
- 5.线程的生命周期(把生命周期图背会)
- 5.1 Thread.sleep()方法
- 5.1.1 关于Thread.sleep()的面试题
- 5.2 如何中断一个线程的睡眠
- 5.3 如何强行终止一个线程
- 5.3.1 已过时的方式
- 5.3.2 推荐的方式
- 5.4 守护线程
- 5.5 定时器
- 5.6 线程合并
- 5.7 线程优先级
- 5.8 线程让位
重点掌握:线程安全和线程通信。
1.进程与线程
- 进程是指操作系统中的一段程序,它是一个正在执行中的程序实例,具有独立的内存空间和系统资源,如文件、网络端口等。在计算机程序执行时,先创建进程,再在进程中进行程序的执行。一般来说,一个进程可以包含多个线程。
- 线程是指进程中的一个执行单元,是进程的一部分,它负责在进程中执行程序代码。每个线程都有自己的栈和程序计数器,并且可以共享进程的资源。多个线程可以在同一时刻执行不同的操作,从而提高了程序的执行效率。
- 现代的操作系统是支持多进程的,也就是可以启动多个软件,一个软件就是一个进程。称为:多进程并发。而通常一个进程都是可以启动多个线程的。称为:多线程并发。
- 多线程的作用:提高处理效率。(多线程的优点之一是能够使 CPU 在处理一个任务时同时处理多个线程,这样可以充分利用 CPU 的资源,提高 CPU 的利用效率。)
- JVM规范中规定:堆内存、方法区 是线程共享的。虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器 是每个线程私有的。
- 关于Java程序的运行原理
①“java HelloWorld”执行后,会启动JVM,JVM的启动表示一个进程启动了。
②JVM进程会首先启动一个主线程(main-thread),主线程负责调用main方法。因此main方法是在主线程中运行的。
③除了主线程之外,还启动了一个垃圾回收线程。因此启动JVM,至少启动了两个线程。
④在main方法的执行过程中,程序员可以手动创建其他线程对象并启动。
2.并发与并行
- 并发(concurrency)
使用单核CPU的时候,同一时刻只能有一条指令执行,但多个指令被快速的轮换执行,使得在宏观上具有多个指令同时执行的效果,但在微观上并不是同时执行的,只是把时间分成若干端,使多个指令快速交替的执行。
如上图所示,假设只有一个CPU资源,线程之间要竞争得到执行机会。图中的第一个阶段,在A执行的过程中,B、C不会执行,因为这段时间内这个CPU资源被A竞争到了,同理,第二阶段只有B在执行,第三阶段只有C在执行。其实,并发过程中,A、B、C并不是同时进行的(微观角度),但又是同时进行的(宏观角度)。
在同一个时间点上,一个CPU只能支持一个线程在执行。因为CPU运行的速度很快,CPU使用抢占式调度模式在多个线程间进行着高速的切换,因此我们看起来的感觉就像是多线程一样,也就是看上去就是在同一时刻运行。
-
并行(parallellism)
使用多核CPU的时候,同一时刻,有多条指令在多个CPU上同时执行。
如图所示,在同一时刻,ABC都是同时执行(微观、宏观)。 -
并发编程与并行编程
① 在CPU比较繁忙(假设为单核CPU),如果开启了很多个线程,则只能为一个线程分配仅有的CPU资源,这些线程就会为自己尽量多抢时间片,这就是通过多线程实现并发,线程之间会竞争CPU资源争取执行机会。
② 在CPU资源比较充足的时候,一个进程内的多个线程,可以被分配到不同的CPU资源,这就是通过多线程实现并行。
③ 至于多线程实现的是并发还是并行?上面所说,所写多线程可能被分配到一个CPU内核中执行,也可能被分配到不同CPU执行,分配过程是操作系统所为,不可人为控制。所以,如果有人问所写的多线程程序是并发还是并行的?答案其实是都有可能。
总结: 单核CPU上的多线程,只是由操作系统来完成多任务间对CPU的运行切换,并非真正意义上的并发。随着多核CPU的出现,也就意味着不同的线程能被不同的CPU核得到真正意义的并行执行,故而多线程技术得到广泛应用。
不管并发还是并行,都提高了程序对CPU资源的利用率,最大限度地利用CPU资源,而我们使用多线程的目的就是为了提高CPU资源的利用率。
3.线程的调度模型
如果多个线程被分配到一个CPU内核中执行,则同一时刻只能允许有一个线程能获得CPU的执行权,那么进程中的多个线程就会抢夺CPU的执行权,这就是涉及到线程调度策略。
两种调度策略:
- 分时调度模型
所有线程轮流使用CPU的执行权,并且平均的分配每个线程占用的CPU的时间。 - 抢占式调度模型
让优先级高的线程以较大的概率优先获得CPU的执行权,如果线程的优先级相同,那么就会随机选择一个线程获得CPU的执行权,而Java采用的就是抢占式调用。
4.实现线程
4.1 第一种方式:继承Thread
①编写一个类继承Thread,重写run方法。
②创建线程对象:Thread t = new MyThread();
③启动线程:t.start();
示例代码:
package threadtest;/*** 在java语言中,实现线程有两种方式,第一种方式:* 第一步:编写一个类继承java.lang.Thread* 第二步:重写run()方法* 第三步:new线程对象* 第四步:调用线程对象的start()方法来启动线程*/
public class ThreadTest01 {public static void main(String[] args) {//创建线程对象Thread t = new MyThread();//直接调用run()方法,不会启动新的线程//java中有一个语法规则:对于方法体重的代码,必须遵循自上而下的顺序逐次执行//run()方法不结束,main方法是无法继续执行的//t.run();//调用start()方法,启动线程//java中有一个语法规则:对于方法体中的代码,必须遵循自上而下的顺序逐次执行//start()方法不结束,main方法是无法继续执行的//start()方法瞬间就会结束,因为这个方法的作用是启动一个新的线程,只要新线程启动成功了,start()就结束了t.start();//下面的代码在main方法中,因此其属于在主线程中for (int i = 0; i < 100; i++) {System.out.println("main-->" + i);}}
}/*** 自定义一个线程类* java.lang.Thread本身就是一个线程。* MyThread继承Thread,因此MyThread本身也是一个线程。*/
class MyThread extends Thread{@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 100; i++) {System.out.println("Thread-->" + i);}}
}
运行结果:
Thread-->0
Thread-->1
Thread-->2
Thread-->3
Thread-->4
Thread-->5
Thread-->6
Thread-->7
Thread-->8
Thread-->9
Thread-->10
Thread-->11
Thread-->12
main-->0
main-->1
main-->2
main-->3
main-->4
main-->5
main-->6
main-->7
main-->8
main-->9
main-->10
main-->11
Thread-->13
main-->12
main-->13
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main-->18
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Thread-->14
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main-->94
main-->95
main-->96
main-->97
main-->98
main-->99Process finished with exit code 0
直接调用run()方法的内存结构图:
调用start()方法的内存结构图:
4.2 第二种方式:实现Runnable接口
①编写一个类实现Runnable接口,实现run方法。
②创建线程对象:Thread t = new Thread(new MyRunnable());
③启动线程:t.start();
示例代码:
package threadtest;/*** 在java语言中,实现线程有两种方式,第二种方式:* 第一步:编写一个类实现java.lang.Runnable接口(可运行接口)* 第二步:实现接口中的run方法* 第三步:new线程对象* 第四步:调用线程的start方法启动线程*/
public class ThreadTest02 {public static void main(String[] args) {//创建Runnable对象Runnable r = new MyRunnable();//创建线程对象Thread t = new Thread(r);//启动线程t.start();for (int i = 0; i < 100; i++) {System.out.println("main-->" + i);}}
}/*** 创建一个类实现Runnable接口*/
class MyRunnable implements Runnable{@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 100; i++) {System.out.println("Thread-->" + i);}}
}
运行结果:
main-->0
Thread-->0
Thread-->1
Thread-->2
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main-->1
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main-->3
main-->4
main-->5
main-->6
main-->7
main-->8
main-->9
main-->10
main-->11
main-->12
main-->13
main-->14
main-->15
main-->16
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Thread-->53
Thread-->54
Thread-->55
Thread-->56
Thread-->57
Thread-->58
Thread-->59
Thread-->60
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main-->19
main-->20
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main-->96
main-->97
main-->98
main-->99Process finished with exit code 0
总结:
优先选择第二种方式:因为实现接口的同时,保留了类的继承。
第二种方式也可以使用匿名内部类如下:
Thread t = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 100; i++) {System.out.println("main-->" + i);} }});
t.start();
4.3 t.start()和t.run()的本质区别?
本质上没有区别,都是普通方法调用。只不过两个方法完成的任务不同。
- t.run()是调用run方法。执行run方法中的业务代码。
- t.start()是启动线程,只要线程启动了,start()方法就执行结束了。
4.4 线程常用的三个方法
实例方法:
①String getName(); 获取线程对象的名字;
②void setName(String name);修改线程对象的名字。
静态方法:
①static Thread currentThread();获取当前线程对象的引用。
package threadtest;public class ThreadTest03 {public static void main(String[] args) {Thread t1 = new MyNewThread();t1.start();Thread t2 = new MyNewThread();t2.start();Thread thread = Thread.currentThread();System.out.println("当前运行线程:" + thread.getName());}
}class MyNewThread extends Thread{@Overridepublic void run() {//获取当前运行线程的引用Thread t = Thread.currentThread();//获取当前运行线程的名字System.out.println("当前运行线程:" + t.getName()); }
}
运行结果:
创建线程时,若没有给线程指定名字,则会给对应线程赋上默认的名字:Thread-xx
。
可以修改线程名字:
package threadtest;public class ThreadTest03 {public static void main(String[] args) {Thread t1 = new MyNewThread();t1.setName("t1");t1.start();Thread t2 = new MyNewThread();t2.setName("t2");t2.start();Thread thread = Thread.currentThread();System.out.println("当前运行线程:" + thread.getName());}
}class MyNewThread extends Thread{@Overridepublic void run() {//获取当前运行线程的引用Thread t = Thread.currentThread();//获取当前运行线程的名字System.out.println("当前运行线程:" + t.getName());}
}
运行结果:
也可以在创建线程时,通过构造方法为线程指定名字:
package threadtest;public class ThreadTest03 {public static void main(String[] args) {Thread t1 = new MyNewThread("tt1");
// t1.setName("t1");t1.start();Thread t2 = new MyNewThread("tt2");
// t2.setName("t2");t2.start();Thread thread = Thread.currentThread();System.out.println("当前运行线程:" + thread.getName());}
}class MyNewThread extends Thread{public MyNewThread() {}//有参构造方法public MyNewThread(String name) {super(name);}@Overridepublic void run() {//获取当前运行线程的引用Thread t = Thread.currentThread();//获取当前运行线程的名字System.out.println("当前运行线程:" + t.getName());}
}
运行结果:
5.线程的生命周期(把生命周期图背会)
线程的生命周期有7个状态:
- 新建状态;
- 就绪状态;
- 运行状态
- 超时等待状态;
- 等待状态(wait()方法);
- 阻塞状态(线程同步机制);
- 终止状态。
5.1 Thread.sleep()方法
static void sleep(long millis)
:静态方法,没有返回值,参数是为毫秒单位的时间,1秒=1000毫秒。
作用:让当前线程进入休眠,即让当前线程放弃占有的CPU时间片,使其进入超时等待状态。等待时间以设定的毫秒数为准,在该指定的时间范围内,当前线程没有权利抢夺CPU时间片。
如何理解“当前线程”:Thread.sleep(1000)
,这个代码出现在哪个线程中,这个线程就是“当前线程”。
示例代码:
package threadtest;public class ThreadTest04 {public static void main(String[] args) {//让主线程睡眠5秒try {Thread.sleep(5000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "====>" + i);}Runnable r = new MyNewRunnable();Thread t = new Thread(r);t.start();}}class MyNewRunnable implements Runnable{//run方法在重写时不能在方法声明位置使用 throws 抛出异常,子类不能比父类抛出更多异常,所以这里只能try...catch@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "====>" + i);//让当前线程睡眠1秒再进入下一次循环try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}
5.1.1 关于Thread.sleep()的面试题
package threadtest;public class ThreadTest05 {public static void main(String[] args) {MyLatestThread t = new MyLatestThread();t.setName("t");t.start();try {t.sleep(3000); //当前代码是让t线程睡眠3秒吗?} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "====>" + i);}}
}class MyLatestThread extends Thread{@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "====>" + i);}}
}
以上t.sleep(3000);
并不是让t线程睡眠,而是让当前线程,即主线程main线程睡眠。
5.2 如何中断一个线程的睡眠
语法:线程对象.interrupt(true);
示例代码:
package threadtest.thread06;public class ThreadTest06 {public static void main(String[] args) {//创建线程Thread t = new MyThread();t.setName("t");//启动线程t.start();//要求5秒之后睡眠的t线程起来干活try {Thread.sleep(5000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}//终止t线程的睡眠//其底层原理是利用了异常处理机制:当调用这个方法时,如果t线程正在睡眠,必然会抛出:InterruptedException,然后捕捉异常,终止睡眠t.interrupt();}
}class MyThread extends Thread{@Overridepublic void run() {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--> begin");try {//睡眠一年Thread.sleep(1000*60*60*24*365);} catch (InterruptedException e) {System.out.println("睡眠中断了!");e.printStackTrace();}//睡眠一年之后,起来干活了System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --> work!");}
}
运行结果:
5.3 如何强行终止一个线程
5.3.1 已过时的方式
语法:线程对象.stop();
如下代码:
package threadtest.thread07;public class ThreadTest07 {public static void main(String[] args) {Thread t = new Thread(new MyRunnable());t.setName("t");t.start();//当前线程睡眠5秒try {Thread.sleep(5000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}//终止t线程的执行,从java2开始就不建议使用了,因为这种方式是强行终止线程,容易导致数据丢失。t.stop();}
}class MyRunnable implements Runnable{@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + i);try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}
运行结果:
5.3.2 推荐的方式
设置标记。
如下代码:
package threadtest.thread08;public class ThreadTest08 {public static void main(String[] args) {MyRunnable r = new MyRunnable();Thread t = new Thread(r);t.setName("t");t.start();//当前线程睡眠5秒try {Thread.sleep(5000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}//修改标记,终止线程t的执行r.ifRun = false;}
}class MyRunnable implements Runnable{//设置标记boolean ifRun = true;@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {if(ifRun){System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + i);try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}else{return;}}}
}
运行结果:
5.4 守护线程
在java语言中,线程被分为两大类:
- 用户线程(非守护线程)【上面例子中定义的线程,包括主线程,都是用户线程】;
- 守护线程(后台线程)。
在JVM中有一个隐藏的守护线程:GC线程。
守护线程的特点:所有用户线程结束之后,守护线程自动退出/结束。
设置一个线程为守护线程(需要在线程启动前设置):线程对象.setDaemon(true);
示例代码:
package threadtest.thread09;public class ThreadTest09 {public static void main(String[] args) {Thread t = new MyThread();t.setName("t");//需要再t线程启动前,设置t线程为守护线程,所有用户线程结束守护线程自动结束t.setDaemon(true);//启动t线程t.start();//设置main用户线程10秒后结束for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + i);try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}} }
}class MyThread extends Thread{@Overridepublic void run() {int i = 0;//死循环while (true){System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --> " + (++i));try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}
运行结果:
5.5 定时器
JDK中提供的定时任务:
- java.util.Timer:定时器
- java.util.TimerTask:定时任务
定时器+定时任务可以帮我们在程序中完成:指定时间开始,每间隔多久执行一次某段程序。
Timer的构造方法:
- Timer();
- Timer(boolean isDaemon): isDaemon为true表示该定时器是一个守护线程。
Timer的一个方法:
- schedule(TimerTask task, Date firstTime, long period):task为需要执行的任务,firstTime为第一次执行时间,period为每隔多久执行一次(单位:毫秒)。
package threadtest.thread10;import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.TimerTask;/*** 定时任务类TimerTask是一个抽象类,其实现了Runnable接口,所以继承该类需要覆写run()方法*/
public class LogTimerTask extends TimerTask {int i = 1;SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss SSS");@Overridepublic void run() {Date now = new Date();String strTime = dateFormat.format(now);System.out.println(strTime + " " + (i++));}
}
package threadtest.thread10;import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.Timer;public class ThreadTest10 {public static void main(String[] args) throws Exception {//创建定时器对象(其本质上就是一个线程)//如果这个定时器执行的任务是一个后台任务,建议将其定义为守护线程Timer timer = new Timer(true);SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");Date firstTime = dateFormat.parse("2024-03-26 17:45:00");//指定定时任务为LogTimerTask,第一次执行时间为firstTime,每间隔1秒执行一次。timer.schedule(new LogTimerTask(), firstTime,1000);//main线程5秒后结束,则上述守护线程也随之结束for (int i = 0; i < 5; i++) {Thread.sleep(1000);}}
}
运行结果:
5.6 线程合并
join()方法是一个实例方法,线程对象调用join()方法完成线程合并。
Thread t = new Thread();
t.setName("t");
t.join();
t.join方法其实是让当前线程进入阻塞状态,直到t线程结束,当前线程阻塞解除。
假设在main方法(main线程)中调用了t.join()方法,则为将t线程合并到main线程中,main线程进入阻塞状态,直到t线程执行结束,main线程解除阻塞。
join()方法和sleep()方法的联系和区别:
- sleep()方法和join()方法都是让当前线程进入阻塞状态(超时等待状态因也可以看作是一种阻塞状态);
- sleep()方法是静态方法,而join()方法是实例方法;
- sleep()方法可以指定睡眠的时长,而join()方法不能保证阻塞的时长;
- sleep()方法的阻塞解除条件:设置的时间过去了;join()方法的阻塞解除条件:调用join()方法的那个线程结束了。
示例代码:
package threadtest.thread11;public class ThreadTest11 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t = new MyThread();t.setName("t");t.start();//合并线程,将t线程合并到main线程中,main线程收到阻塞,t线程继续执行,直到t线程结束,main线程阻塞解除t.join();System.out.println("main begin");//主线程for (int i = 0; i < 20; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + i);}System.out.println("main over");}
}class MyThread extends Thread{@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 20; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + i);}}
}
运行结果:
t-->0
t-->1
t-->2
t-->3
t-->4
t-->5
t-->6
t-->7
t-->8
t-->9
t-->10
t-->11
t-->12
t-->13
t-->14
t-->15
t-->16
t-->17
t-->18
t-->19
main begin
main-->0
main-->1
main-->2
main-->3
main-->4
main-->5
main-->6
main-->7
main-->8
main-->9
main-->10
main-->11
main-->12
main-->13
main-->14
main-->15
main-->16
main-->17
main-->18
main-->19
main overProcess finished with exit code 0
join()方法也可以有参数,参数是毫秒,表示线程合并时长。
package threadtest.thread11;public class ThreadTest11 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t = new MyThread();t.setName("t");t.start();//合并线程,将t线程合并到main线程中,main线程受到阻塞,t线程继续执行,直到t线程结束,main线程阻塞解除//合并时长为10毫秒,即只阻塞当前线程10毫秒,但并不一定能达到设置的阻塞时长,如果在指定的时间内,t线程早就结束了,则阻塞就立即解除了。t.join(10);System.out.println("main begin");//主线程for (int i = 0; i < 20; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + i);}System.out.println("main over");}
}class MyThread extends Thread{@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 20; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + i);}}
}
5.7 线程优先级
线程是可以设置优先级的,JVM采用的是抢占式调度模型,优先级高的线程获取CPU时间片的总体概率会高一些。
默认情况下一个线程的优先级是5,最低为1,最高为10。
package threadtest.thread12;public class ThreadTest12 {public static void main(String[] args) {System.out.println("最低优先级" + Thread.MIN_PRIORITY);System.out.println("最高优先级" + Thread.MAX_PRIORITY);System.out.println("默认优先级" + Thread.NORM_PRIORITY);//获取线程的优先级System.out.println("当前线程优先级:" + Thread.currentThread().getPriority());//设置优先级Thread.currentThread().setPriority(10);System.out.println("当前线程优先级:" + Thread.currentThread().getPriority());}
}
运行结果:
给多个线程设置不同优先级:
package threadtest.thread12;public class ThreadTest12 {public static void main(String[] args) {Thread t1 = new MyThread();t1.setName("t1");Thread t2 = new MyThread();t2.setName("t2");//设置t1为最高优先级,t2为最低优先级,相对来说t1指定的概率高一些t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY); t2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);t1.start();t2.start();}
}class MyThread extends Thread{@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 1000; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + i);}}
}
5.8 线程让位
静态方法:Thread.yield(),当前线程让位。
注意:让位不会使当前线程进入阻塞状态,只是放弃目前占有的CPU时间片,进入就绪状态,继续抢夺CPU时间片。
示例代码:
package threadtest.thread13;/*** 线程让位*/
public class ThreadTest13 {public static void main(String[] args) {Thread t1 = new MyThread();t1.setName("t1");Thread t2 = new MyThread();t2.setName("t2");t1.start();t2.start();}
}class MyThread extends Thread{@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 100; i++) {if(Thread.currentThread().getName().equals("t1") && i%10 == 0){ //当前线程为t1线程,且i为10的倍数时,进行线程让位System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "让位了,此时i=" + i);//注意:t1线程让位只是放弃当前占有的时间片,至于后续时间片被哪个线程抢占并不一定,也有可能t1会继续抢到Thread.yield();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "==>" + i);}}
}
运行结果就不贴了。