Java多線程知多少
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什么是線程?
要說什么是「線程」，為了解釋這個概念，我首先要從「進(jìn)程」講起。來看一下「進(jìn)程」的概念：
❝進(jìn)程是指可執(zhí)行程序存放在計算機(jī)存儲器的一個指令序列，它是一個動態(tài)執(zhí)行的過程。❞
看到這個概念后，是不是感覺完全懵了，那我們該怎么理解呢?我們來想象一下平時我們使用電腦的一個場景。
我們平時敲代碼的時候是不是邊聽音樂邊敲代碼邊用QQ跟女朋友聊天啊(反正我是除了最后一條，前兩天都占了，嗚嗚)。音樂播放器、代碼編輯器、QQ這三個軟件是同時運行的，這樣我們才能很多事情一起來完成，那么這三個軟件可以同時運行，就是「進(jìn)程」在起作用。我們可以打開Windows的任務(wù)管理器，Windows的任務(wù)管理器中是可以看到有「進(jìn)程」這么一個選項卡。
打開windows任務(wù)管理器后，我們就能看到當(dāng)前操作系統(tǒng)中所運行的所有進(jìn)程了。比如說上圖中我們看到的QQ的進(jìn)程、Google瀏覽器的進(jìn)程等等。而有的軟件可以有多個進(jìn)程，比如一些殺毒軟件、數(shù)據(jù)庫的軟件等。
其實早期的操作系統(tǒng)都是單任務(wù)的操作系統(tǒng)，比如QQ，音樂播放器，它們只能單獨運行，一個運行之后，才能下一個運行，比如大家想象一下，你先聽歌曲，聽完歌曲之后你才能在QQ中回復(fù)好友的問題，是不是感覺特別不方便啊。
而我們現(xiàn)在的操作系統(tǒng)都是多任務(wù)的操作系統(tǒng)，可以多個程序同時運行，我們可以邊聽歌邊回復(fù)信息。，這就是我們的進(jìn)程在起作用。
言歸正傳，我們現(xiàn)在說一下什么是線程：
❝線程是比進(jìn)程還要小的運行單位，一個進(jìn)程包含多個線程。❞
比如說一個程序是由很多行代碼組成的，那么這些代碼中就可以分成很多塊放到不同的線程中，去分別執(zhí)行，所以我們認(rèn)為，「線程相當(dāng)于一個子程序」。
現(xiàn)在知道「進(jìn)程」和「線程」的概念之后，問題就來了，我們知道，程序的運行是靠「CPU」來處理的，那如果你只有一個「CPU」的情況下，怎么能保證這些程序都能同時運行呢?這里面我們可以想象成把「CPU」的執(zhí)行時間分成很多的小塊，每一小塊的時間都是固定的，我們可以把這個小塊叫「時間片」，時間片的時間可以非常短，比如說一毫秒，那么如果我們有音樂播放器、代碼編輯器、QQ三個軟件同時運行，那么它們?nèi)齻€如何去獲取CPU的執(zhí)行時間呢?這個其實是隨機(jī)的，可以這樣考慮，我們的音樂播放器運行一毫秒，然后它會把CPU的使用權(quán)轉(zhuǎn)給代碼編輯器，代碼編輯器運行一毫秒將CPU的使用權(quán)轉(zhuǎn)給QQ，那么這些程序就輪流的在很短的時間內(nèi)使用CPU，對于CPU來講，這些軟件其實是輪流運行的，但是由于它運行的時間間隔非常的短，作為我們使用者來說，是感覺不到它的變化的，這樣我們就會認(rèn)為這些軟件都是同時運行的，這就是為什么在只有一個CPU的情況下，這些軟件能夠同時運行的原因，這個叫做時間片的輪轉(zhuǎn)。是通過對CPU的時間的輪轉(zhuǎn)來達(dá)到同時運行的效果的。
線程的創(chuàng)建
線程創(chuàng)建有兩種方式：
- 第一種：創(chuàng)建一個Thread類，或者一個Thread子類的對象。
- 第二種：創(chuàng)建一個實現(xiàn)Runnable接口的類的對象。
這里面涉及到了一個Thread類和一個Runnable接口，我們來了解一下這兩個系統(tǒng)為我們定義的類和接口都有哪些屬性和方法：
Thread類
Thread是一個線程類，位于java.lang包下
- Thread類的常用方法
創(chuàng)建線程案例
通過繼承Thread類的方式創(chuàng)建線程類，重寫run()方法
❝在這我提醒一下，對于很多初學(xué)者來說總有一個疑問，為什么它繼承Thread類就是一個線程了，這個我們說，Java中很多東西都是人家寫好了我們使用，Java中就是這么為大家規(guī)定的，你只有通過繼承Thread類、實現(xiàn)Runnable接口這兩種方式得到線程，所以我們按照這種方式做就可以了，這樣就能達(dá)到我們的目的。❞
代碼演示
- package com.thread;
- class MyThread extends Thread{
- @Override
- public void run() {
- System.out.println("該線程正在執(zhí)行！");
- }
- }
- public class ThreadTest {
- public static void main(String[] args) {
- MyThread mt = new MyThread();
- mt.start();//啟動線程
- }
- }
運行結(jié)果
❝不知道大家從上面代碼中看出來什么沒有，我來強調(diào)一下，啟動線程的時候，不是調(diào)用run()方法，我們以前學(xué)習(xí)的時候，執(zhí)行哪部分內(nèi)容就調(diào)用相對應(yīng)的方法，而在線程中，使用start()方法去啟動線程，啟動線程、執(zhí)行線程的時候執(zhí)行的是run()方法里面的代碼，這個是需要我們注意的。❞
❝同時，還要注意一個線程只能執(zhí)行一次，也就是只能調(diào)用一次start()方法❞
- package com.thread;
- class MyThread extends Thread{
- @Override
- public void run() {
- System.out.println("該線程正在執(zhí)行！");
- }
- }
- public class ThreadTest {
- public static void main(String[] args) {
- MyThread mt = new MyThread();
- mt.start();//啟動線程
- mt.start();
- }
- }
❝如圖，如果多次調(diào)用start()方法，就會拋出異常。❞
創(chuàng)建多個線程案例
- package com.thread;
- class MyThread extends Thread{
- public MyThread(String name){
- super(name);
- }
- @Override
- public void run() {
- for (int i=0;i<=10;i++){
- System.out.println(getName()+"正在運行");
- }
- }
- }
- public class ThreadTest {
- public static void main(String[] args) {
- MyThread mt1 = new MyThread("線程一");
- MyThread mt2 = new MyThread("線程二");
- mt1.start();//啟動線程一
- mt2.start();//啟動線程二
- }
- }
運行結(jié)果
❝在上面代碼中我創(chuàng)建了兩個線程，我們多運行幾次，會發(fā)現(xiàn)每次的運行結(jié)果都是不一樣的，從這里我們能體會到，線程要想去獲得CPU的使用權(quán)，其實是隨機(jī)的，其結(jié)果會出現(xiàn)很多種不同的情況。❞
Runnable接口
- 只有一個方法run()
- Runnable是Java中用以實現(xiàn)線程的接口
- 任何實現(xiàn)線程功能的類都必須實現(xiàn)該接口
創(chuàng)建線程案例
為什么要實現(xiàn)Runnable接口?
- Java不支持多繼承
❝如果你的Class類已經(jīng)繼承了一個類，再去繼承Thread類是不可能的，所以這時候我們需要用接口去實現(xiàn)，因為接口可以同時實現(xiàn)多個接口❞
- 不打算重寫Thread類的其他方法
❝我們知道，我們繼承一個類，就會繼承這個類中的所有方法，但對于線程來說，其實我們只需要重寫run()方法就可以，如果不打算重寫Thread類中的其他方法，我們也可以用使用接口的方式。從我們的實際應(yīng)用來看，使用實現(xiàn)Runnable接口的方式應(yīng)用更廣泛一些。❞
代碼演示
- package com.thread;
- class PrintRunnable implements Runnable{
- @Override
- public void run() {
- int i=1;
- while(i<=10){
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在運行"+(i++));
- }
- }
- }
- public class RunnableTest {
- public static void main(String[] args) {
- PrintRunnable pr1 = new PrintRunnable();
- Thread t1 = new Thread(pr1);
- t1.start();
- PrintRunnable pr2 = new PrintRunnable();
- Thread t2 = new Thread(pr2);
- t2.start();
- }
- }
運行結(jié)果
❝從上面的代碼中，我們發(fā)現(xiàn)，用實現(xiàn)Runnable接口的形式去創(chuàng)建接口的時候，我們是三步走，先定義Runnable實現(xiàn)類的對象，然后通過它創(chuàng)建線程類的對象，最后啟動線程，所以我們啟動線程只能通過Thread類以及它的子類去啟動。❞
多個線程處理同一個資源的情況
- package com.thread;
- class PrintRunnable implements Runnable{
- int i=1;
- @Override
- public void run() {
- while(i<=10){
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在運行"+(i++));
- }
- }
- }
- public class RunnableTest {
- public static void main(String[] args) {
- PrintRunnable pr = new PrintRunnable();
- Thread t1 = new Thread(pr);
- t1.start();
- Thread t2 = new Thread(pr);
- t2.start();
- }
- }
運行結(jié)果
❝出現(xiàn)上面這種運行結(jié)果，原因是run()方法被多個線程共享，多個線程也就是Thread類的實例，也就是pr對象被t1和t2兩個Thread類的實例共享，這適用于多個線程處理同一個資源的情。i相當(dāng)于一個資源，t1和t2共享了這個資源。❞
線程的狀態(tài)
- 新建(New)
- 可運行(Runnable)
- 正在運行(Running)
- 阻塞(Blocked)
- 終止(Dead)
❝線程的狀態(tài)首先是「新建狀態(tài)」，創(chuàng)建一個Thread或者Thread子類的對象的時候，線程就進(jìn)入了「新建狀態(tài)」。接下來是「可運行狀態(tài)」，當(dāng)已經(jīng)創(chuàng)建好的線程對象調(diào)用start()方法，這時候就進(jìn)入了「可運行狀態(tài)」，在前面我也說過，線程什么時候運行是由CPU來決定的，只有當(dāng)線程獲取CPU的使用權(quán)的時候，它才能執(zhí)行。所以這里面，線程調(diào)用start()方法之后，不是馬上進(jìn)入「運行狀態(tài)」，而是進(jìn)入「可運行狀態(tài)」，這種狀態(tài)也叫「就緒狀態(tài)」，也就是我已經(jīng)準(zhǔn)備好了。接下來就是「正在運行狀態(tài)」，一個處于「可運行狀態(tài)」的線程，一旦獲取了CPU的使用權(quán)，就可以立即進(jìn)入「正在運行狀態(tài)」，接下來就是「阻塞狀態(tài)」，當(dāng)線程遇到一些干擾的時候，它將進(jìn)入「阻塞狀態(tài)」，也就是它不再執(zhí)行，后面我在說「生命周期」的時候也會詳細(xì)說「如何進(jìn)入阻塞狀態(tài)」，最后是「終止?fàn)顟B(tài)」，這就是線程的五個狀態(tài)。❞
線程的生命周期
所謂的線程的「生命周期」，就是線程從「創(chuàng)建」到「啟動」，直至「運行結(jié)束」的這段時間我們就叫它的「生命周期」。其實線程的生命周期就是我上面說到的五個狀態(tài)相互的轉(zhuǎn)換過程，可以通過調(diào)用Thread類的一些相關(guān)方法來影響線程的狀態(tài)，「狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換」就可以構(gòu)成我們最終的「生命周期」了。
首先是「新建狀態(tài)」，只要你創(chuàng)建了一個Thread或者Thread子類的對象，你就進(jìn)入了「新建狀態(tài)」，然后通過調(diào)用線程的start()方法去啟動線程，進(jìn)入「可運行狀態(tài)」，當(dāng)處于「可運行狀態(tài)」的線程獲取CPU使用權(quán)后，它將進(jìn)入「正在運行狀態(tài)」，如果一旦CPU的使用權(quán)到時間了，那么線程就會從「正在運行狀態(tài)」重新回到「可運行狀態(tài)」，去等待獲取下一次的CPU使用權(quán)，所以這塊從「正在運行狀態(tài)」到「可運行狀態(tài)」的一個條件就是「時間片」用完，還有一個就是調(diào)用yield()這樣一個方法，去從「運行狀態(tài)」變成「可運行狀態(tài)」。
那么再來看一下，「正在運行狀態(tài)」到「阻塞狀態(tài)」之間的轉(zhuǎn)換，可以通過調(diào)用Thread類中的一些方法來完成，比如說join()方法、wait()方法、sleep()方法，這些都可以把線程從「正在運行狀態(tài)」轉(zhuǎn)換成「阻塞狀態(tài)」，在后面我也會說到這些方法的使用。還有一種情況就是I/O請求，I是Input,O是Output,就是輸入輸出請求的意思。「阻塞狀態(tài)」我們可以看做一個正在運行的線程進(jìn)入了一個暫停的狀態(tài)，I/O請求需要耗費一定的時間，這時候就可以讓線程進(jìn)入「阻塞狀態(tài)」，等待I/O請求完成，再繼續(xù)進(jìn)行執(zhí)行。這是「正在運行狀態(tài)」到「阻塞狀態(tài)」的轉(zhuǎn)換，反過來，「阻塞狀態(tài)」的線程是不能直接轉(zhuǎn)換成「正在運行狀態(tài)」的，因為我之前說過要獲取CPU的使用權(quán)才能變成「正在運行狀態(tài)」。
所以這里「阻塞狀態(tài)」最終會轉(zhuǎn)換成「可運行狀態(tài)」，那么它要滿足什么條件呢?這個條件和之前說的「正在運行狀態(tài)」變成「阻塞狀態(tài)」的條件是對應(yīng)的，也就是解決這些問題的方法。第一個是等待調(diào)用join()方法的線程執(zhí)行完畢，第二個是調(diào)用notify()方法或notifyAll()方法，這兩個方法其實是對應(yīng)wait()方法使用的，也就是調(diào)用wait()方法的線程必須調(diào)用notify()方法或notifyAll()方法才能進(jìn)入「可運行狀態(tài)」，這個我會在后面說同步的時候詳細(xì)說。再有就是之前調(diào)用sleep()方法進(jìn)行阻塞的線程，當(dāng)你「休眠超時」以后，它就會重新變成「可運行狀態(tài)」。最后一點就是I/O請求完成，一旦I/O請求完成，那么線程依然可以回到「可運行狀態(tài)」。
最后，我們看到還有一個狀態(tài)是「終止?fàn)顟B(tài)」，線程什么時候進(jìn)入「終止?fàn)顟B(tài)」呢?對于一個新建的線程來說，如果它去調(diào)用stop()方法，會進(jìn)入「終止?fàn)顟B(tài)」，同樣，對于一個「可運行狀態(tài)」的線程和一個處于「阻塞狀態(tài)」的線程，它們調(diào)用stop()方法也會進(jìn)入「終止?fàn)顟B(tài)」。在這我提一下，對于這個stop()方法，其實已經(jīng)不建議使用了，因為Java的JDK當(dāng)中會顯示「版本過期」，不推薦使用了。那么一個處在「正在運行狀態(tài)」的線程如何進(jìn)入「終止?fàn)顟B(tài)」呢?這里有幾種情況，第一種當(dāng)然也是調(diào)用stop()方法，再有就是一個線程執(zhí)行完畢了以后或者是一個正在執(zhí)行的線程因為某些原因異常終止了，整個程序都終止了，它也會進(jìn)入「終止?fàn)顟B(tài)」，就跟一個人的生命一樣，從出生，然后長大，最后結(jié)束這樣的一個過程。
結(jié)束
講到這，關(guān)于線程的知識點也講清楚了，從線程的創(chuàng)建到使用，再到線程的狀態(tài)到生命周期，我都用通俗易懂的話語做了解釋，希望能對讀者朋友們有所幫助。
