并发编程——3.细说线程

这篇文章我们来详细的说一下并发编程中的线程及其相关的内容

目录

1.线程的创建

1.1通过继承Thread

1.2通过实现Runnable接口的方式

1.3使用FutureTask方式（实现Callable接口的方式）

1.4三种方式的区别

2.线程的原理

3.线程的常用方法

3.1start与run

3.2sleep方法

3.3线程的命名方法

3.4线程的让步与优先级

3.5线程的中断

3.6线程的合并、存活与守护线程

3.7线程的状态及其转换

4.小结

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1.线程的创建

下面我们来看一下线程创建的几种方式

1.1通过继承Thread

第一种就是通过继承Thread类的方法来创建线程的。java中的线程主要就是使用到Thread类。

下面来看一下代码：

这个很好理解的。我们的普通类继承了Thread类，然后重写里面的run方法，就是该线程主要执行的内容。然后在测试类中创建该类对象，调用方法。很容易理解的。

这种创建线程的方式还有另外一种写法：匿名内部类！

上面这种方法创建的线程不是一次性的，都是后面可能还会用到的。如果遇到一次性的线程，我们还可以直接使用匿名内部类的方式来创建线程（也是相当于继承Thread类的方式）。

代码如下：

这里多说几句：

第一，上图中的第7、11、23行的strat方法表明线程进入就绪态，注意此时线程还没有执行，具体什么时候执行，要等CPU选中。

第二，这些线程都是异步的。按照一般的顺序，我们的代码是从上往下依次执行的，但是这里不一样，具体哪一个先执行要看CPU选中哪一个。下面看几张结果图：

1.2通过实现Runnable接口的方式

我们还可以通过实现Runnable接口的方式来创建线程。

下面来看一下代码：

这个也挺好理解的。我们实现了runnable接口里面的run方法，然后在测试类中，我们创建一下线程，就是Thread类，然后将这个实现了接口的类的实例对象作为参数传入这个线程中，然后测试类就可以执行这个线程中的内容了。

1.3使用FutureTask方式（实现Callable接口的方式）

一般情况下，使用Runnable接口、Thread实现的线程我们都是无法返回结果的。但是如果对一些场合需要线程返回的结果。就要使用 Callable、Future 这几个类。Callable只能在ExecutorService的线程池中跑，但有返回结果，也可以通过返回的Future对象查询执行状态。

Future本身也是一种设计模式，它是用来取得异步任务的结果。

下面看看其源码：

它只有一个call方法，并且有一个返回V，是泛型。可以认为这里返回V就是线程返回的结果。

下面通过具体的例子来看一下：

看一下最后的输出结果：

1.4三种方式的区别

Java中，类仅支持单继承，如果一个类继承了Thread类，就无法再继承其它类，因此，如果一个类既要继承其它的类，又必须创建为一个线程，就可以使用实现Runable接口的方式。

使用实现Callable接口的方式创建的线程，可以获取到线程执行的返回值、是否执行完成等信息。

所以具体的使用哪一种方式我们要根据具体的情况来决定。

2.线程的原理

下面，我们就深入到源码的层次，来看一下线程的原理。

上面，我们讲了创建线程的几种方式，其实他们的原理都是类似的，性能上没有太大的差别，但是我们推荐使用继承Runnable接口的方式，因为继承会有一些限制。

下面，我们看一下Thread的源码（Ctrl+点击Thread类或类的方法）

我们点击start，会看到他里面有调用start0方法，我们再点击start0方法看一下：

我们会发现start0方法是一个native方法，就是本地方法。在java中，用native修饰了的方法就表示他会执行底层的C/C++的代码。这里我们只需要知道，当我们的线程执行start方法会，java会执行底层的C/C++的代码就行了。

但是Java线程创建和调用的具体流程是怎么样的？我们看下面这张图：

我们的线程调用start方法时，Java会调用底层的用C/C++写的一些方法，而这些底层方法又会回调我们Thread类的run方法。而这个run方法，就是我们在线程中重写的方法。这就是我们第一种创建线程继承Thread类，重写run方法的原理。并且，在执行的时候，他会有一个判断，如果target不为空，则执行target中的run，而这个target就是我们的Runnable接口：

这就是我们第二种实现Runnable接口的原理。

3.线程的常用方法

下面，我们来讲一下线程中常用的方法

3.1start与run

方法	功能	说明
public void start ( )	启动一个新线程，Java虚拟机调用此线程的run方法	start方法只是让线程进入就绪态，里面的代码并不是立刻执行。 每个线程对象的start方法只能调用一次，如果调用多次就会报错
public void run ( )	线程启动后会自动调用该方法，里面方法的就是该线程完成的任务。（也可以手动调用）	如果在构造Thread对象时传递了Runnable参数，则线程启动后会调用我们传入的Runnable方法。

下面来看一下二者的区别

类型：run方法是同步方法（就是按照代码顺序，从上到下依次执行），而start方法是异步方法。

作用：run方法的作用是存放任务代码，而start方法的作用是启动线程

线程数量方法：执行run方法不会产生新的线程，而执行start方法会创建新的线程

调用次数：run方法可以被执行无数次，而start方法只能被执行一次，原因就在于线程不能被重复启动。

3.2sleep方法

下面看一下线程的sleep方法

方法	功能	说明
public static void sleep(long time)	让当前线程休眠多少毫秒再继续执行 Thread.sleep(0)：让操作系统立刻进行一次CPU竞争	就是让线程睡眠的，在哪个线程中加，就让哪个线程睡眠

下面看一下代码：

我没有加sleep方法时，输出结果有两种，但是当我给主线程加上sleep方法，输出结果就只有一种了，如下如所示：

注意：

其它线程可以使用interrupt方法打断正在睡眠的线程，这时sleep方法会抛出lnterruptedExceptio

建议用TimeUnit的sleep 代替Thread 的 sleep来获得更好的可读性。其底层还是sleep方法。

在循环访问锁的过程中，可以加入sleep让线程阻塞时间，防止大量占用cpu资源。

3.3线程的命名方法

方法	功能	说明
public void setName(String name)	给当前线程起名字
public void getName()	获取当前线程的名称 线程存在默认名称：子线程是Thread-索引 主线程是main
public static Thread currentThread()	获取当前线程的对象，代码在哪个线程中执行就获取哪个线程的对象

?下面来看一下代码：

看一下结果：

这就是几个很简单的方法，不多说。

3.4线程的让步与优先级

下面我们来看一下线程的让步与优先级

public static native void yield()	提示线程调度器尽力让出当前线程对CPU的使用	主要是为了测试和调试
public final int getPriority()	返回此线程的优先级
public final void setPriority(int priority)	更改此线程的优先级，常用1,5，10	Java中规定线程优先级是1~10的整数，较大的优先级，能提高该线程被CPU调度的机率

注意：

Thread.yield()方法作用是：暂停当前正在执行的线程对象（即放弃当前拥有的cup资源)，并执
行其他线程。
yield()做的是让当前运行线程回到可运行状态，以允许具有相同优先级的其他线程获得运行机会。因此，使用yield()的目的是让相同优先级的线程之间能适当的轮转执行。但是，实际中无法保证yield(），达到让步目的，因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。

yield()方法并不能保证线程一定会让出CPU资源，它只是一个提示，告诉调度器当前线程愿意让出CPU资源。具体是否让出CPU资源，还是由调度器决定。

下面来看一下实例：

看一下结果：

3.5线程的中断

下面来看一下线程的中断

public void interrupt()	中断这个线程，异常处理机制
public static boolean interrupted()	判断当前线程是否被打断，清除打断标记
public boolean interrupted()	判断当前线程是否被打断，不清除打断标记

注意：如果一个方法正在睡眠，你将其打断，则会报打断异常。上面所说的清除打断标记就是撤销打断。即如果一个线程被打断了，然后你使用那个方法，就可以撤销该线程的打断。interrupt，线程的中断，这只是一种协同机制，只是修改标识位而已，不会立刻停止线程。

3.6线程的合并、存活与守护线程

下面看一下线程合并与存活的方法

public final void join()	等待这个线程结束
public final void join(long millis)	等待这个线程死亡millis毫秒，0意味着永远等待
public final native boolean isAlive()	线程是否存活（还没有运行完毕）
public final void setDaemon（boolean on）	将此线程标记为守护线程或用户线程（就是普通线程）

注意：

join方式指的是主线程等待子线程执行完毕之后，再执行主线程的方法，这个方法比sleep方法要灵活很多。

拓展：

• 默认情况下，我们创建的线程都是用户线程（普通线程），进程需要等待所有的线程执行完毕后，进程才会结束。
• 守护线程.setDaemon(true):设置守护线程
• 想要查看线程到底是用户线程还是守护线程，可以通过 Thread.isDameon（）方法来判断，如果返回的结果是true，则为守护线程，反之则为用户线程。
• 当所有的用户线程退出后，守护线程会立马结束。

应用：垃圾回收器线程属于守护线程；Tomcat用来接受处理外部的请求的线程就是守护线程。

3.7线程的状态及其转换

下面我们来看一下线程的状态和状态间的转换

状态名称	说明
new	初始状态，线程被构建，但是还没有调用start()方法
runnable	运行状态，Java线程将操作系统中的就绪态和运行态两种状态统称为“运行中”
blocked	阻塞状态，表示线程阻塞于锁
waiting	等待状态，表示线程进入等待状态，进入该状态表示当前线程需要其他线程通知（notify或者notifyAll）
Time_Waiting	超时等待状态，可以指定等待时间自己返回
terminated	终止状态，表示当前线程已经执行完毕

下面用一张图来看一下：

下面详细的说一下线程各种状态间的转换，主要就是blocked、waiting、Timed waiting三种状态的转换，以及他们是如何进入下一状态最终进入Runnable的

Blocked进入Runnable

想要从Blocked状态进入Runnable状态，就必须让线程获得monitor锁，但是如何想进入其他状态那么就相对比较特殊，因为它是没有超时机制的，也就是不会主动进入。

Waiting进入Runnable

只有当执行了LockSupport.unpark()，或者join的线程运行结束，或者被中断时才可以进入Runnable状态

注意：

• 如果通过其他线程调用 notify() 或 notifyAll() 来唤醒它，则它会直接进入Blocked状态，这里大家可能会有疑问，不是应该直接进入 Runnable 吗？这里需要注意一点，因为唤醒 Waiting 线程的线程如果调用 notify() 或 notifyAll()，要求必须首先持有该 monitor锁，这也就是我们说的 wait()、notify必须在 synchronized 代码块中。
• 所以处于Waiting 状态的线程被唤醒时拿不到该锁，就会进入Blocked 状态，直到执行了 notify() 或者 notifyAll() 的唤醒它的线程执行完毕并释放 monitor锁，才可能轮到它去抢夺这把锁，如果它能抢到，就会从Blocked 状态回到 Runnable 状态。

Timed Waiting进入Runnable

同样在Timed Waiting 中执行 notify() 和 notifyAll() 也是一样的道理，它们会先进入Blocked状态，然后抢夺锁成功后，再回到 Runnable 状态。

注意：

• 但是对于Timed Waiting而言，它存在超时机制，也就是说如果超时时间到了那么就会系统自动直接拿到锁，或者 当 join 的线程执行结束 / 调用了LockSupport.unpark()?/ 被中断 等情况都会直接进入Runnable 状态，而不会经历Blocked状态

总结：

• 线程的状态是按照上图箭头方向走的，比如线程从New状态是不可以直接进入Blocked状态的，它需要先经历 Runnable 状态。
• 线程生命周期不可逆：一旦进入 Runnable 状态就不能回到New 状态；一旦被终止就不可能再有任何状态的变化。
• 所以一个线程只能有一次New和Terminated 状态，只有处于中间状态才可以相互转换。也就是这两个状态不会参与相互转化

4.小结

这篇文章我们详细的介绍了一下线程的相关内容，包括线程的创建方式及其区别，线程的底层原理，线程中的常用方法，线程的状态及其之间的转换。这些内容基本上囊括了单个线程的所有内容，下一篇文章我们将介绍一下线程池的相关内容。

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