Java并发编程实战（线程控制操作详解）
【摘要】 前言在使用Java实际编程中，多线程可以说是无所不在，凡是需要并发执行的都可以用到它，一个应用程序中不用多线程将会是很糟糕的事情，所以掌握线程以及它的控制操作是非常重要的。今天带大家一文掌握线程。目录前言一、线程的基本概念1.并行和并发2.进程和线程二、线程的运行状态 三、线程编程实践1.线程两种定义方法2.启动线程3.同时定义和启动线程 4.线程弹出与暂停5.线程等待与唤醒6.线程中断...
前言
在使用Java实际编程中，多线程可以说是无所不在，凡是需要并发执行的都可以用到它，一个应用程序中不用多线程将会是很糟糕的事情，所以掌握线程以及它的控制操作是非常重要的。今天带大家一文掌握线程。
目录
一、线程的基本概念
1.并行和并发
并行：多个CPU核心同时工作，处理不同的任务。
并发：多个任务交替使用 CPU 核心工作，以提高 CPU 利用率。
2.进程和线程
进程：程序的一次执行。由操作系统创建并分配资源，执行一个单独的任务。
进程是系统进行资源分配和调度的独立单位，每个进程都有自己的内存空间和系统资源。进程内所有线程共享堆存储空间，保存程序中定义的对象和常量池。
Windows系统中，每个运行的 Java 程序都是一个独立的进程。
线程：进程内的执行单元，不分配单独的资源，执行一个单独的子任务。
线程是进程内调度和分派的基本单位，共享进程资源。每个线程有自己的独立的栈存储空间，保存线程执行的方法以及基本类型的数据。
运行的 Java 程序内含至少一个主线程 main ，用户可以在 Java 程序中自定义并调用多个线程。 JVM 垃圾回收线程也是一个独立的线程。
二、线程的运行状态
线程除创建状态 New 和结束状态 Terminate 外，主要有以下几种运行状态：
①运行(Running) ：CPU 正在执行线程。
②就绪(Runnable) ：线程一切就绪，等待 CPU 执行。
运行/就绪状态 统称为可运行状态 Runnable。 Java 程序中，线程在 运行/就绪状态 之间的切换由 JVM 自动调度，开发者无法获知。线程之间的调度采用分优先级多队列时间片轮转算法。进程在执行完 CPU 时间片切换到就绪状态之前会先保存自己的状态，下次进入运行状态时再重新加载。
③阻塞(Blocked) ：线程因缺少其他资源，比如请求资源被上锁而暂停执行。在获得资源后进入就绪状态。
④等待(Waitting) ：线程接受了等待指令，释放资源暂停执行。在超时/接受唤醒指令后进入就绪状态。
三、线程编程实践
Runnable 接口内唯一声明了 run 方法，由 Thread 类实现。开发者在 run 方法中定义运行时线程将要执行的功能，线程开启后由Java虚拟机自动调用并执行。如果开发者主动调用 run 方法，则只会当作普通方法执行。
1.线程两种定义方法
①继承 Thread 类，重写 run 方法。
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}②实现 Runnable 接口，实现 run 方法。推荐使用，避免了单继承的局限性。
public class MyThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}2.启动线程
Thread 类定义了 start 方法。调用 start 方法后，系统会开启一个新线程进入就绪状态：由 JVM 会自动对线程进行调度，在运行时调用并执行线程的 run 方法。一个线程只能启动一次。
①如果自定义线程类继承 Thread 类，直接启动。
public class Main {
public static void main(String[] args) {
MyThread t1 = new MyThread();
MyThread t2 = new MyThread("ThreadName");
t1.start();
t2.start();
}
}②如果自定义线程类实现 Runnable 接口，则需要借助 Thread 类启动线程。
public class Main {
public static void main(String[] args) {
MyThread mythread = new MyThread();
Thread t1 = new Thread(mythread); // 由系统指定默认线程名 Thread-X
Thread t2 = new Thread(mythread, "ThreadName"); // 开发者自定义线程名
t1.start();
t2.start();
}
}3.同时定义和启动线程
通过匿名内部类方式，我们可以实现同时定义和启动线程的简洁写法。
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(new Runnable(){
public void run(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}).start();
}
}
class Test {
public void method() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}4.线程弹出与暂停
Thread 类定义了 yield 方法。当前线程执行到 Thread.yield() 方法，会停止运行进入就绪状态。但线程切换到就绪状态后，什么时候被 JVM 调度回运行状态开发者无法控制。
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
MyThread mythread = new MyThread();
Thread t1 = new Thread(mythread);
Thread t2 = new Thread(mythread);
t1.start();
t2.start();
}
static class MyThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
int count = 0;
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
Thread.yield(); // 切换到就绪状态
count++;
System.out.println(count);
}
}
}
}Thread 类定义了 sleep 方法。当前线程执行到 Thread.sleep(1000) 方法，会停止运行进入阻塞状态，但仍会保持对象锁，其他线程不可访问其资源。直到超时后进入就绪状态。调用 sleep 方法需要捕获或抛出 InterruptException 异常。
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
MyThread mythread = new MyThread();
Thread t1 = new Thread(mythread);
Thread t2 = new Thread(mythread);
t1.start();
t2.start();
}
static class MyThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
int count = 0;
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
try{
Thread.sleep(1000); // 当前线程暂停 1s
} catch(InterruptException e){
e.printStackTrace();
}
count++;
System.out.println(count);
}
}
}
}5.线程等待与唤醒
①线程等待
当前线程执行 obj.wait() 方法，线程会停止运行并释放对象锁 obj，其他线程可以访问其资源。同时线程进入 obj 对象的等待池，直到被 notify 方法唤醒进入就绪状态。调用 wait 方法需要捕获或抛出 InterruptException 异常。
wait 方法允许计时等待。当前线程执行 obj.wait(1000) 方法，计时结束后线程会被自动唤醒进入就绪状态。
②线程唤醒
当前线程执行 obj.notify() 方法，会随机从 obj 对象等待池中选择一个线程唤醒，使其进入就绪状态。但是 notify 方法不会释放当前进程的对象锁，如果该线程持有 obj 对象的锁，当前线程释放锁后被唤醒的其他线程才能被执行。如果想被唤醒线程先执行，notify 方法后添加 wait 方法释放锁。
当前线程执行 obj.notifyall() 方法，会将所有 obj 对象等待池中所有线程唤醒。
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
MyThread t = new MyThread("t");
synchronized(t) { // 对 t 设置对象锁
try {
t.start();
System.out.println("1");
t.wait(); // 当前线程释放 t 锁，进入 t 对象等待池
System.out.println("4");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
static class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
synchronized (this) { // 对 t 设置对象锁
Thread.sleep(1000);
System.out.println("2");
this.notify(); // 随机唤醒一个 t 对象等待池中的线程
System.out.println("3");
}
}
}
}6.线程中断
调用 t.stop() 方法可以强制终止线程 t 运行，但强制中断线程可能会造成意想不到的问题，已不推荐使用。
目前主要采用设置线程中断标志的方式，向线程发送中止信号。由线程自行终止运行：
- 执行
t.interrupt()方法，将线程 t 中断标志设为 true 。- 执行
t.isInterrupted()方法，查看线程 t 中断标志。- 执行
t.interrupted()方法，查看线程 t 中断标志然后将其设为 false 。
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
MyThread mythread = new MyThread();
Thread t = new Thread(mythread);
t.start();
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {}
t.interrupt(); // 设置中断标志为 true
}
static class MyThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
while (true) {
System.out.print("hello");
if(this.isInterrupted()){ // 查看中断标志，若为 true 结束循环
break;
}
}
}
}
}
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