多线程,就是这么简单!

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文章要点

  • 线程是什么
  • 线程有什么
  • 线程怎么用

线程是什么?

学习线程,首先要先了解几个常用的概念:

  • 进程:每个正在系统上运行的程序都是一个进程,一个进程至少包含一个线程,进程可以是整个或者部分程序的动态执行
  • 线程:线程是一组指令的集合,是轻量级的进程,是进程中负责程序执行的执行单元;线程依靠程序,是程序中的顺序控制流,需要使用程序的资源和环境
  • 多线程:简单的理解就是,在一个程序中运行多个任务,其目的是为了更好的利用CPU资源,加快进程的运行速度,增加效率,实现多个线程并发执行

有了多线程,我们就可以实现并发啦

  • 并发:通过CPU调度算法,实现宏观上并行,微观上串行的技术

线程有什么?

线程的状态:

我们都知道,线程也有生命周期,整个生命周期有五大基本状态:

  • 新建状态:新建一个线程对象

  • 就绪状态:创建了对象之后,这个线程如果执行了start()方法,就会位于线程池,等待CPU的使用权,是一种可运行状态

  • 运行状态:在就绪状态的基础上获取了CPU使用权,于是执行程序代码,在运作状态

  • 阻塞状态:线程因为某种原因失去了CPU的使用权,暂时停止运行,转为阻塞状态,要再次运行则必须经过先转为就绪状态,常见的阻塞有三种情况:

    • 等待阻塞: 正在运行的线程,如果执行了wait()方法,就会被JVM放入等待池中
    • 同步阻塞: 正在运行的线程在获取对象的同步锁失败时,也会被JVM放入等待池
    • 其他阻塞:正在运行的线程若执行了sleep()或者join()方法,或者发出了I/O请求,则线程暂停运行,进入阻塞状态
  • 死亡状态

它们之间的关系,我借用了网上找的一张图片来描述

线程的生命周期

线程怎么用?

这里,我们细说个所以然

  • 创建线程方法一:继承 Thread

Thread 类是线程类,本质上是实现了 Runnable 接口,该类的实例就是一个线程,一个线程要执行的任务就写在 run() 方法中,格式:

public abstract void run ()

Thread 类常用的方法有:

  • //线程的线程体,通常在 Thread 类的子类中覆盖
  • public void run()
  • //由 JVM 调用线程的 run()方法,启动线程开始执行
  • public void start()
  • //返回正在执行的线程对象引用
  • public static Thread currentThread()
  • //设置线程名
  • public void setName(String name)
  • //返回线程名
  • public void getName()
  • //使当前正在执行的线程暂时停止执行指定的毫秒时间,需要处理异常
  • public static void sleep(long millis)
  • //使当前执行的线程暂停执行,允许其他线程执行
  • public static void yield()
  • //中断当前线程
  • public void interrupt()
  • //返回指定线程是否处于活动状态
  • public boolean isAlive()

创建线程小Demo(继承Thread):

/*
 * 输入线程程序,查看结果
 */
class SimpleThread extends Thread {
    public SimpleThread(String str) {
        super(str); // 调用其父类的构造方法
    }

    public void run() { // 重写run方法
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(i + " " + getName());
            // 打印次数和线程的名字
            try {
                sleep((int) (Math.random() * 1000));
                // 线程睡眠,把控制权交出去
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        }
        System.out.println("DONE! " + getName());
        // 线程代码就完毕啦
    }

}

public class TwoThreadsTest {
    public static void main(String args[]) {
        new SimpleThread("First").start();
        // 第一个线程的名字为First
        new SimpleThread("Second").start();
        // 第二个线程的名字为Second
    }

}

上述代码,首先将类 SimpleThread 继承了 Thread 类,然后在其覆盖的run() 方法(亦即线程体)中加入需要执行的代码,再通过 new 方法,创建了两个不同的线程,分别执行他们的 start() 方法开始执行

将上面的代码执行几遍,你会发现每次的执行结果都不一样,这进一步说明了多线程的独立性以及达到了异步的目的

  • 创建线程方法二:实现 Runnable 接口

继承Thread 类固然是更好理解一点,但是基于Java不支持多继承的特性,这进一步给我们带来了困扰,在这种情况下我们就可以使用第二种方式 实现Runnable接口,上面我们说到,继承Thread类的本质就是实现了Runnable 接口,所以他们的使用方法有很大的相似性,几乎一样

创建线程小Demo(实现Runnable接口):

/*
 * 输入线程程序,查看结果
 */
class SimpleThread implements Runnable {
    public SimpleThread() {
        super(); // 调用其父类的构造方法
    }

    public void run() { // 重写run方法
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(i + " " + Thread.currentThread().getName());
            // 打印次数和线程的名字
            try {
                Thread.sleep((int) (Math.random() * 1000));
                // 线程睡眠,把控制权交出去
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        }
        System.out.println("DONE! " + Thread.currentThread().getName());
        // 线程代码就完毕啦
    }

}

public class TwoThreadsTest {
    public static void main(String args[]) {
        SimpleThread target = new SimpleThread();
        new Thread(target,"First").start();
        // 第一个线程的名字为First
        new Thread(target,"Second").start();
        // 第二个线程的名字为Second
    }

}

由于没有继承Thread类,所以我们要直接对Thread进行操作,调用方法或者创建的线程的时候都需要以Thread类为基础

  • 创建线程方法三:实现 Callable 接口

使用CallableFuture接口创建线程,具体是创建Callable接口的实现类,并实现call()方法,并使用FutureTask类来包装Callable实现类的对象,且以此FutureTask对象作为Thread对象的target来创建线程。

创建线程小Demo(实现Callable接口):

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

class SimpleThread implements Callable<Integer> {
    public Integer call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            sum += i;
        }

        return sum;
    }
}

public class TwoThreadsTest {
    public static void main(String args[]) {
        // 创建对象
        Callable<Integer> simpleThread = new SimpleThread();
        // 使用FutureTask来包装对象
        FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<Integer>(simpleThread);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            // FutureTask对象作为Thread对象的target创建新的线程
            Thread thread = new Thread(ft);
            thread.start();
            // 线程代码就完毕啦
            System.out.println("DONE! ");
            try {
                // 取得新创建的新线程中的call()方法返回的结果
                System.out.println("sum = " + ft.get());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }
}

整个Demo中几乎找不到我们熟悉的身影,其实,它和继承Thread一样,本质上都是实现了Runnable接口,我们来看下FutureTask的定义

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
    /**
     * Sets this Future to the result of its computation
     * unless it has been cancelled.
     */
    void run();
}

所以,虽然我们在使用实现Callable接口的时候,发现实现的是call()方法而不是run()并且有返回值,其实是一样的

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