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Java總結(jié)篇系列:Java多線程(一)

 程序猿之家 2015-02-26

摘自:http://www.cnblogs.com/lwbqqyumidi/p/3804883.html

多線程作為Java中很重要的一個知識點(diǎn),在此還是有必要總結(jié)一下的。


一.線程的生命周期及五種基本狀態(tài)


關(guān)于Java中線程的生命周期,首先看一下下面這張較為經(jīng)典的圖:



上圖中基本上囊括了Java中多線程各重要知識點(diǎn)。掌握了上圖中的各知識點(diǎn),Java中的多線程也就基本上掌握了。主要包括:


Java線程具有五中基本狀態(tài)


新建狀態(tài)(New):當(dāng)線程對象對創(chuàng)建后,即進(jìn)入了新建狀態(tài),如:Thread t = new MyThread();


就緒狀態(tài)(Runnable):當(dāng)調(diào)用線程對象的start()方法(t.start();),線程即進(jìn)入就緒狀態(tài)。處于就緒狀態(tài)的線程,只是說明此線程已經(jīng)做好了準(zhǔn)備,隨時等待CPU調(diào)度執(zhí)行,并不是說執(zhí)行了t.start()此線程立即就會執(zhí)行;


運(yùn)行狀態(tài)(Running):當(dāng)CPU開始調(diào)度處于就緒狀態(tài)的線程時,此時線程才得以真正執(zhí)行,即進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)。注:就     緒狀態(tài)是進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)的唯一入口,也就是說,線程要想進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)執(zhí)行,首先必須處于就緒狀態(tài)中;


阻塞狀態(tài)(Blocked):處于運(yùn)行狀態(tài)中的線程由于某種原因,暫時放棄對CPU的使用權(quán),停止執(zhí)行,此時進(jìn)入阻塞狀態(tài),直到其進(jìn)入到就緒狀態(tài),才 有機(jī)會再次被CPU調(diào)用以進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)阻塞產(chǎn)生的原因不同,阻塞狀態(tài)又可以分為三種:


1.等待阻塞:運(yùn)行狀態(tài)中的線程執(zhí)行wait()方法,使本線程進(jìn)入到等待阻塞狀態(tài);


2.同步阻塞 -- 線程在獲取synchronized同步鎖失敗(因?yàn)殒i被其它線程所占用),它會進(jìn)入同步阻塞狀態(tài);


3.其他阻塞 -- 通過調(diào)用線程的sleep()或join()或發(fā)出了I/O請求時,線程會進(jìn)入到阻塞狀態(tài)。當(dāng)sleep()狀態(tài)超時、join()等待線程終止或者超時、或者I/O處理完畢時,線程重新轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)。


死亡狀態(tài)(Dead):線程執(zhí)行完了或者因異常退出了run()方法,該線程結(jié)束生命周期。


 


二. Java多線程的創(chuàng)建及啟動


Java中線程的創(chuàng)建常見有如三種基本形式


1.繼承Thread類,重寫該類的run()方法。


復(fù)制代碼

 1 class MyThread extends Thread {
 2     
 3     private int i = 0;
 4 
 5     @Override
 6     public void run() {
 7         for (i = 0; i < 100; i++) {
 8             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
 9         }
10     }
11 }

復(fù)制代碼

復(fù)制代碼

 1 public class ThreadTest {
 2 
 3     public static void main(String[] args) {
 4         for (int i = 0; i < 100; i++) {
 5             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
 6             if (i == 30) {
 7                 Thread myThread1 = new MyThread();     // 創(chuàng)建一個新的線程  myThread1  此線程進(jìn)入新建狀態(tài)
 8                 Thread myThread2 = new MyThread();     // 創(chuàng)建一個新的線程 myThread2 此線程進(jìn)入新建狀態(tài)
 9                 myThread1.start();                     // 調(diào)用start()方法使得線程進(jìn)入就緒狀態(tài)
10                 myThread2.start();                     // 調(diào)用start()方法使得線程進(jìn)入就緒狀態(tài)
11             }
12         }
13     }
14 }

復(fù)制代碼

如上所示,繼承Thread類,通過重寫run()方法定義了一個新的線程類MyThread,其中run()方法的方法體代表了線程需要完成的任務(wù),稱之為線程執(zhí)行體。當(dāng)創(chuàng)建此線程類對象時一個新的線程得以創(chuàng)建,并進(jìn)入到線程新建狀態(tài)。通過調(diào)用線程對象引用的start()方法,使得該線程進(jìn)入到就緒狀態(tài),此時此線程并不一定會馬上得以執(zhí)行,這取決于CPU調(diào)度時機(jī)。


2.實(shí)現(xiàn)Runnable接口,并重寫該接口的run()方法,該run()方法同樣是線程執(zhí)行體,創(chuàng)建Runnable實(shí)現(xiàn)類的實(shí)例,并以此實(shí)例作為Thread類的target來創(chuàng)建Thread對象,該Thread對象才是真正的線程對象。


復(fù)制代碼

 1 class MyRunnable implements Runnable {
 2     private int i = 0;
 3 
 4     @Override
 5     public void run() {
 6         for (i = 0; i < 100; i++) {
 7             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
 8         }
 9     }
10 }

復(fù)制代碼

復(fù)制代碼

 1 public class ThreadTest {
 2 
 3     public static void main(String[] args) {
 4         for (int i = 0; i < 100; i++) {
 5             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
 6             if (i == 30) {
 7                 Runnable myRunnable = new MyRunnable(); // 創(chuàng)建一個Runnable實(shí)現(xiàn)類的對象
 8                 Thread thread1 = new Thread(myRunnable); // 將myRunnable作為Thread target創(chuàng)建新的線程
 9                 Thread thread2 = new Thread(myRunnable);
10                 thread1.start(); // 調(diào)用start()方法使得線程進(jìn)入就緒狀態(tài)
11                 thread2.start();
12             }
13         }
14     }
15 }

復(fù)制代碼

相信以上兩種創(chuàng)建新線程的方式大家都很熟悉了,那么Thread和Runnable之間到底是什么關(guān)系呢?我們首先來看一下下面這個例子。


復(fù)制代碼

 1 public class ThreadTest {
 2 
 3     public static void main(String[] args) {
 4         for (int i = 0; i < 100; i++) {
 5             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
 6             if (i == 30) {
 7                 Runnable myRunnable = new MyRunnable();
 8                 Thread thread = new MyThread(myRunnable);
 9                 thread.start();
10             }
11         }
12     }
13 }
14 
15 class MyRunnable implements Runnable {
16     private int i = 0;
17 
18     @Override
19     public void run() {
20         System.out.println("in MyRunnable run");
21         for (i = 0; i < 100; i++) {
22             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
23         }
24     }
25 }
26 
27 class MyThread extends Thread {
28 
29     private int i = 0;
30     
31     public MyThread(Runnable runnable){
32         super(runnable);
33     }
34 
35     @Override
36     public void run() {
37         System.out.println("in MyThread run");
38         for (i = 0; i < 100; i++) {
39             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
40         }
41     }
42 }

復(fù)制代碼

同樣的,與實(shí)現(xiàn)Runnable接口創(chuàng)建線程方式相似,不同的地方在于



1 Thread thread = new MyThread(myRunnable);


那么這種方式可以順利創(chuàng)建出一個新的線程么?答案是肯定的。至于此時的線程執(zhí)行體到底是MyRunnable接口中的run()方法還是MyThread類中的run()方法呢?通過輸出我們知道線程執(zhí)行體是MyThread類中的run()方法。其實(shí)原因很簡單,因?yàn)門hread類本身也是實(shí)現(xiàn)了Runnable接口,而run()方法最先是在Runnable接口中定義的方法。



1 public interface Runnable {
2    
3     public abstract void run();
4     
5 }


我們看一下Thread類中對Runnable接口中run()方法的實(shí)現(xiàn):



  @Override
    public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();
        }
    }


也就是說,當(dāng)執(zhí)行到Thread類中的run()方法時,會首先判斷target是否存在,存在則執(zhí)行target中的run()方法,也就是實(shí)現(xiàn)了Runnable接口并重寫了run()方法的類中的run()方法。但是上述給到的列子中,由于多態(tài)的存在,根本就沒有執(zhí)行到Thread類中的run()方法,而是直接先執(zhí)行了運(yùn)行時類型即MyThread類中的run()方法。


3.使用Callable和Future接口創(chuàng)建線程。具體是創(chuàng)建Callable接口的實(shí)現(xiàn)類,并實(shí)現(xiàn)clall()方法。并使用FutureTask類來包裝Callable實(shí)現(xiàn)類的對象,且以此FutureTask對象作為Thread對象的target來創(chuàng)建線程。


 看著好像有點(diǎn)復(fù)雜,直接來看一個例子就清晰了。


復(fù)制代碼

 1 public class ThreadTest {
 2 
 3     public static void main(String[] args) {
 4 
 5         Callable<Integer> myCallable = new MyCallable();    // 創(chuàng)建MyCallable對象
 6         FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<Integer>(myCallable); //使用FutureTask來包裝MyCallable對象
 7 
 8         for (int i = 0; i < 100; i++) {
 9             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
10             if (i == 30) {
11                 Thread thread = new Thread(ft);   //FutureTask對象作為Thread對象的target創(chuàng)建新的線程
12                 thread.start();                      //線程進(jìn)入到就緒狀態(tài)
13             }
14         }
15 
16         System.out.println("主線程for循環(huán)執(zhí)行完畢..");
17         
18         try {
19             int sum = ft.get();            //取得新創(chuàng)建的新線程中的call()方法返回的結(jié)果
20             System.out.println("sum = " + sum);
21         } catch (InterruptedException e) {
22             e.printStackTrace();
23         } catch (ExecutionException e) {
24             e.printStackTrace();
25         }
26 
27     }
28 }
29 
30 
31 class MyCallable implements Callable<Integer> {
32     private int i = 0;
33 
34     // 與run()方法不同的是,call()方法具有返回值
35     @Override
36     public Integer call() {
37         int sum = 0;
38         for (; i < 100; i++) {
39             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
40             sum += i;
41         }
42         return sum;
43     }
44 
45 }

復(fù)制代碼

首先,我們發(fā)現(xiàn),在實(shí)現(xiàn)Callable接口中,此時不再是run()方法了,而是call()方法,此call()方法作為線程執(zhí)行體,同時還具有返回值!在創(chuàng)建新的線程時,是通過FutureTask來包裝MyCallable對象,同時作為了Thread對象的target。那么看下FutureTask類的定義:



1 public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {
2     
3     //....
4     
5 }



1 public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
2     
3     void run();
4     
5 }


于是,我們發(fā)現(xiàn)FutureTask類實(shí)際上是同時實(shí)現(xiàn)了Runnable和Future接口,由此才使得其具有Future和Runnable雙重特性。通過Runnable特性,可以作為Thread對象的target,而Future特性,使得其可以取得新創(chuàng)建線程中的call()方法的返回值。


執(zhí)行下此程序,我們發(fā)現(xiàn)sum = 4950永遠(yuǎn)都是最后輸出的。而“主線程for循環(huán)執(zhí)行完畢..”則很可能是在子線程循環(huán)中間輸出。由CPU的線程調(diào)度機(jī)制,我們知道,“主線程for循環(huán)執(zhí)行完畢..”的輸出時機(jī)是沒有任何問題的,那么為什么sum =4950會永遠(yuǎn)最后輸出呢?


原因在于通過ft.get()方法獲取子線程call()方法的返回值時,當(dāng)子線程此方法還未執(zhí)行完畢,ft.get()方法會一直阻塞,直到call()方法執(zhí)行完畢才能取到返回值。


上述主要講解了三種常見的線程創(chuàng)建方式,對于線程的啟動而言,都是調(diào)用線程對象的start()方法,需要特別注意的是:不能對同一線程對象兩次調(diào)用start()方法。


 


三. Java多線程的就緒、運(yùn)行和死亡狀態(tài)


就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)換為運(yùn)行狀態(tài):當(dāng)此線程得到處理器資源;


運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為就緒狀態(tài):當(dāng)此線程主動調(diào)用yield()方法或在運(yùn)行過程中失去處理器資源。


運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為死亡狀態(tài):當(dāng)此線程線程執(zhí)行體執(zhí)行完畢或發(fā)生了異常。


此處需要特別注意的是:當(dāng)調(diào)用線程的yield()方法時,線程從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為就緒狀態(tài),但接下來CPU調(diào)度就緒狀態(tài)中的哪個線程具有一定的隨機(jī)性,因此,可能會出現(xiàn)A線程調(diào)用了yield()方法后,接下來CPU仍然調(diào)度了A線程的情況。


由于實(shí)際的業(yè)務(wù)需要,常常會遇到需要在特定時機(jī)終止某一線程的運(yùn)行,使其進(jìn)入到死亡狀態(tài)。目前最通用的做法是設(shè)置一boolean型的變量,當(dāng)條件滿足時,使線程執(zhí)行體快速執(zhí)行完畢。如:


復(fù)制代碼

 1 public class ThreadTest {
 2 
 3     public static void main(String[] args) {
 4 
 5         MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
 6         Thread thread = new Thread(myRunnable);
 7         
 8         for (int i = 0; i < 100; i++) {
 9             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
10             if (i == 30) {
11                 thread.start();
12             }
13             if(i == 40){
14                 myRunnable.stopThread();
15             }
16         }
17     }
18 }
19 
20 class MyRunnable implements Runnable {
21 
22     private boolean stop;
23 
24     @Override
25     public void run() {
26         for (int i = 0; i < 100 && !stop; i++) {
27             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
28         }
29     }
30 
31     public void stopThread() {
32         this.stop = true;
33     }
34 
35 }

復(fù)制代碼

 

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