# Java 多线程编程 Java给多线程编程提供了内置的支持。一个多线程程序包含两个或多个能并发运行的部分。程序的每一部分都称作一个线程，并且每个线程定义了一个独立的执行路径。 多线程是多任务的一种特别的形式。多线程比多任务需要更小的开销。 这里定义和线程相关的另一个术语：进程：一个进程包括由操作系统分配的内存空间，包含一个或多个线程。一个线程不能独立的存在，它必须是进程的一部分。一个进程一直运行，直到所有的非守候线程都结束运行后才能结束。 多线程能满足程序员编写非常有效率的程序来达到充分利用CPU的目的，因为CPU的空闲时间能够保持在最低限度。 ## 一个线程的生命周 线程经过其生命周期的各个阶段。下图显示了一个线程完整的生命周期。  * **新状态:** 一个新产生的线程从新状态开始了它的生命周期。它保持这个状态知道程序start这个线程。 * **运行状态:**当一个新状态的线程被start以后，线程就变成可运行状态，一个线程在此状态下被认为是开始执行其任务 * **就绪状态:**当一个线程等待另外一个线程执行一个任务的时候，该线程就进入就绪状态。当另一个线程给就绪状态的线程发送信号时，该线程才重新切换到运行状态。 * **休眠状态:** 由于一个线程的时间片用完了，该线程从运行状态进入休眠状态。当时间间隔到期或者等待的时间发生了，该状态的线程切换到运行状态。 * **终止状态:** 一个运行状态的线程完成任务或者其他终止条件发生，该线程就切换到终止状态。 ## 线程的优先级 每一个Java线程都有一个优先级，这样有助于操作系统确定线程的调度顺序。Java优先级在MIN_PRIORITY（1）和MAX_PRIORITY（10）之间的范围内。默认情况下，每一个线程都会分配一个优先级NORM_PRIORITY（5）。 具有较高优先级的线程对程序更重要，并且应该在低优先级的线程之前分配处理器时间。然而，线程优先级不能保证线程执行的顺序，而且非常依赖于平台。 ## 创建一个线程 Java提供了两种创建线程方法： * 通过实现Runable接口； * 通过继承Thread类本身。 ## 通过实现Runnable接口来创建线程 创建一个线程，最简单的方法是创建一个实现Runnable接口的类。 为了实现Runnable，一个类只需要执行一个方法调用run()，声明如下： ``` publicvoid run() ``` 你可以重写该方法，重要的是理解的run()可以调用其他方法，使用其他类，并声明变量，就像主线程一样。 在创建一个实现Runnable接口的类之后，你可以在类中实例化一个线程对象。 Thread定义了几个构造方法，下面的这个是我们经常使用的： ``` Thread(Runnable threadOb,String threadName); ``` 这里，threadOb 是一个实现Runnable 接口的类的实例，并且 threadName指定新线程的名字。 新线程创建之后，你调用它的start()方法它才会运行。 ``` void start(); ``` ### 实例 下面是一个创建线程并开始让它执行的实例： ``` // 创建一个新的线程 class NewThread implements Runnable { Thread t; NewThread() { // 创建第二个新线程 t = new Thread(this, "Demo Thread"); System.out.println("Child thread: " + t); t.start(); // 开始线程 } // 第二个线程入口 public void run() { try { for(int i = 5; i > 0; i--) { System.out.println("Child Thread: " + i); // 暂停线程 Thread.sleep(50); } } catch (InterruptedException e) { System.out.println("Child interrupted."); } System.out.println("Exiting child thread."); } } public class ThreadDemo { public static void main(String args[]) { new NewThread(); // 创建一个新线程 try { for(int i = 5; i > 0; i--) { System.out.println("Main Thread: " + i); Thread.sleep(100); } } catch (InterruptedException e) { System.out.println("Main thread interrupted."); } System.out.println("Main thread exiting."); } } ``` 编译以上程序运行结果如下： ``` Child thread: Thread[Demo Thread,5,main] Main Thread: 5 Child Thread: 5 Child Thread: 4 Main Thread: 4 Child Thread: 3 Child Thread: 2 Main Thread: 3 Child Thread: 1 Exiting child thread. Main Thread: 2 Main Thread: 1 Main thread exiting. ``` ## 通过继承Thread来创建线程 创建一个线程的第二种方法是创建一个新的类，该类继承Thread类，然后创建一个该类的实例。 继承类必须重写run()方法，该方法是新线程的入口点。它也必须调用start()方法才能执行。 ### 实例 ``` // 通过继承 Thread 创建线程 class NewThread extends Thread { NewThread() { // 创建第二个新线程 super("Demo Thread"); System.out.println("Child thread: " + this); start(); // 开始线程 } // 第二个线程入口 public void run() { try { for(int i = 5; i > 0; i--) { System.out.println("Child Thread: " + i); // 让线程休眠一会 Thread.sleep(50); } } catch (InterruptedException e) { System.out.println("Child interrupted."); } System.out.println("Exiting child thread."); } } public class ExtendThread { public static void main(String args[]) { new NewThread(); // 创建一个新线程 try { for(int i = 5; i > 0; i--) { System.out.println("Main Thread: " + i); Thread.sleep(100); } } catch (InterruptedException e) { System.out.println("Main thread interrupted."); } System.out.println("Main thread exiting."); } } ``` 编译以上程序运行结果如下： ``` Child thread: Thread[Demo Thread,5,main] Main Thread: 5 Child Thread: 5 Child Thread: 4 Main Thread: 4 Child Thread: 3 Child Thread: 2 Main Thread: 3 Child Thread: 1 Exiting child thread. Main Thread: 2 Main Thread: 1 Main thread exiting. ``` ## Thread 方法 下表列出了Thread类的一些重要方法： | **方法** | **描述** | | --- | --- | | **public void start()** | 使该线程开始执行；**Java** | 虚拟机调用该线程的 run 方法。 | | **public void run()** | 如果该线程是使用独立的 Runnable 运行对象构造的，则调用该 Runnable 对象的 run 方法；否则，该方法不执行任何操作并返回。 | | **public final void setName(String name)** | 改变线程名称，使之与参数 name 相同。 | | **public final void setPriority(int priority)** |  更改线程的优先级。 | | **public final void setDaemon(boolean on)** | 将该线程标记为守护线程或用户线程。 | | **public final void join(long millisec)** | 等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。 | | **public void interrupt()** | 中断线程。 | | **public final boolean isAlive()** | 测试线程是否处于活动状态。 | 测试线程是否处于活动状态。 上述方法是被Thread对象调用的。下面的方法是Thread类的静态方法。 | **方法** | **描述** | | --- | --- | | **public static void yield()** | 暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。 | | **public static void sleep(long millisec)** | 在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行），此操作受到系统计时器和调度程序精度和准确性的影响。 | | **public static boolean holdsLock(Object x)** | 当且仅当当前线程在指定的对象上保持监视器锁时，才返回 true。 | | **public static Thread currentThread()** | 返回对当前正在执行的线程对象的引用。 | | **public static void dumpStack()** | 将当前线程的堆栈跟踪打印至标准错误流。 | ### 实例 如下的ThreadClassDemo 程序演示了Thread类的一些方法： ``` // 文件名 : DisplayMessage.java // 通过实现 Runnable 接口创建线程 public class DisplayMessage implements Runnable { private String message; public DisplayMessage(String message) { this.message = message; } public void run() { while(true) { System.out.println(message); } } } ``` ``` // 文件名 : GuessANumber.java // 通过继承 Thread 类创建线程 public class GuessANumber extends Thread { private int number; public GuessANumber(int number) { this.number = number; } public void run() { int counter = 0; int guess = 0; do { guess = (int) (Math.random() * 100 + 1); System.out.println(this.getName() + " guesses " + guess); counter++; }while(guess != number); System.out.println("** Correct! " + this.getName() + " in " + counter + " guesses.**"); } } ``` ``` // 文件名 : ThreadClassDemo.java public class ThreadClassDemo { public static void main(String [] args) { Runnable hello = new DisplayMessage("Hello"); Thread thread1 = new Thread(hello); thread1.setDaemon(true); thread1.setName("hello"); System.out.println("Starting hello thread..."); thread1.start(); Runnable bye = new DisplayMessage("Goodbye"); Thread thread2 = new Thread(hello); thread2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY); thread2.setDaemon(true); System.out.println("Starting goodbye thread..."); thread2.start(); System.out.println("Starting thread3..."); Thread thread3 = new GuessANumber(27); thread3.start(); try { thread3.join(); }catch(InterruptedException e) { System.out.println("Thread interrupted."); } System.out.println("Starting thread4..."); Thread thread4 = new GuessANumber(75); thread4.start(); System.out.println("main() is ending..."); } } ``` 运行结果如下，每一次运行的结果都不一样。 ``` Starting hello thread... Starting goodbye thread... Hello Hello Hello Hello Hello Hello Hello Hello Hello Thread-2 guesses 27 Hello ** Correct! Thread-2 in 102 guesses.** Hello Starting thread4... Hello Hello ..........remaining result produced. ``` ## 线程的几个主要概念: 在多线程编程时，你需要了解以下几个概念： * 线程同步 * 线程间通信 * 线程死锁 * 线程控制：挂起、停止和恢复 ## 多线程的使用 有效利用多线程的关键是理解程序是并发执行而不是串行执行的。例如：程序中有两个子系统需要并发执行，这时候就需要利用多线程编程。 通过对多线程的使用，可以编写出非常高效的程序。不过请注意，如果你创建太多的线程，程序执行的效率实际上是降低了，而不是提升了。 请记住，上下文的切换开销也很重要，如果你创建了太多的线程，CPU花费在上下文的切换的时间将多于执行程序的时间！