引言

多線程并發編程是Java編程中重要的一塊內容，也是面試重點覆蓋區域，所以學好多線程并發編程對我們來說極其重要，下面跟我一起開啟本次的學習之旅吧。

線程與進程

1. 線程：進程中負責程序執行的執行單元，線程本身依靠程序進行運行，線程是程序中的順序控制流，只能使用分配給程序的資源和環境

2. 進程：執行中的程序一個進程至少包含一個線程

3. 單線程：程序中只存在一個線程，實際上主方法就是一個主線程

4. 多線程：在一個程序中運行多個任務目的是更好地使用CPU資源

線程的實現

繼承Thread類

在java.lang包中定義, 繼承Thread類必須重寫run()方法

class MyThread extends Thread{
    private static int num = 0;
 
    public MyThread(){
        num++;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("主動創建的第"+num+"個線程");
    }
}

創建好了自己的線程類之后，就可以創建線程對象了，然后通過start()方法去啟動線程。注意，不是調用run()方法啟動線程，run方法中只是定義需要執行的任務，如果調用run方法，即相當于在主線程中執行run方法，跟普通的方法調用沒有任何區別，此時并不會創建一個新的線程來執行定義的任務。

public class Test {
    public static void main(String[] args)  {
        MyThread thread = new MyThread();
        thread.start();
    }
}
class MyThread extends Thread{
    private static int num = 0;
    public MyThread(){
        num++;
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("主動創建的第"+num+"個線程");
    }
}

在上面代碼中，通過調用start()方法，就會創建一個新的線程了。為了分清start()方法調用和run()方法調用的區別，請看下面一個例子：

public class Test {
    public static void main(String[] args)  {
        System.out.println("主線程ID:"+Thread.currentThread().getId());
        MyThread thread1 = new MyThread("thread1");
        thread1.start();
        MyThread thread2 = new MyThread("thread2");
        thread2.run();
    }
}
 
class MyThread extends Thread{
    private String name;
 
    public MyThread(String name){
        this.name = name;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("name:"+name+" 子線程ID:"+Thread.currentThread().getId());
    }
}

運行結果：

1

從輸出結果可以得出以下結論：

1. thread1和thread2的線程ID不同，thread2和主線程ID相同，說明通過run方法調用并不會創建新的線程，而是在主線程中直接運行run方法，跟普通的方法調用沒有任何區別；

2. 雖然thread1的start方法調用在thread2的run方法前面調用，但是先輸出的是thread2的run方法調用的相關信息，說明新線程創建的過程不會阻塞主線程的后續執行。

實現Runnable接口

在Java中創建線程除了繼承Thread類之外，還可以通過實現Runnable接口來實現類似的功能。實現Runnable接口必須重寫其run方法。

下面是一個例子：

public class Test {
    public static void main(String[] args)  {
        System.out.println("主線程ID："+Thread.currentThread().getId());
        MyRunnable runnable = new MyRunnable();
        Thread thread = new Thread(runnable);
        thread.start();
    }
} 
class MyRunnable implements Runnable{
    public MyRunnable() {
    }
 
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("子線程ID："+Thread.currentThread().getId());
    }
}

Runnable的中文意思是“任務”，顧名思義，通過實現Runnable接口，我們定義了一個子任務，然后將子任務交由Thread去執行。注意，這種方式必須將Runnable作為Thread類的參數，然后通過Thread的start方法來創建一個新線程來執行該子任務。如果調用Runnable的run方法的話，是不會創建新線程的，這根普通的方法調用沒有任何區別。

事實上，查看Thread類的實現源代碼會發現Thread類是實現了Runnable接口的。

在Java中，這2種方式都可以用來創建線程去執行子任務，具體選擇哪一種方式要看自己的需求。直接繼承Thread類的話，可能比實現Runnable接口看起來更加簡潔，但是由于Java只允許單繼承，所以如果自定義類需要繼承其他類，則只能選擇實現Runnable接口。

使用ExecutorService、Callable、Future實現有返回結果的多線程

可返回值的任務必須實現Callable接口，類似的，無返回值的任務必須Runnable接口。執行Callable任務后，可以獲取一個Future的對象，在該對象上調用get就可以獲取到Callable任務返回的Object了，再結合線程池接口ExecutorService就可以實現傳說中有返回結果的多線程了。下面提供了一個完整的有返回結果的多線程測試例子，在JDK1.5下驗證過沒問題可以直接使用。

代碼如下：

/**
* 有返回值的線程 
*/ 
@SuppressWarnings("unchecked")  
public class Test {  
public static void main(String[] args) throws ExecutionException,  
    InterruptedException {  
   System.out.println("----程序開始運行----");  
   Date date1 = new Date();  
 
   int taskSize = 5;  
   // 創建一個線程池  
   ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);  
   // 創建多個有返回值的任務  
   List<Future> list = new ArrayList<Future>();  
   for (int i = 0; i < taskSize; i++) {  
    Callable c = new MyCallable(i + " ");  
    // 執行任務并獲取Future對象  
    Future f = pool.submit(c);  
    // System.out.println(">>>" + f.get().toString());  
    list.add(f);  
   }  
   // 關閉線程池  
   pool.shutdown();  
 
   // 獲取所有并發任務的運行結果  
   for (Future f : list) {  
    // 從Future對象上獲取任務的返回值，并輸出到控制臺  
    System.out.println(">>>" + f.get().toString());  
   }  
 
   Date date2 = new Date();  
   System.out.println("----程序結束運行----，程序運行時間【" 
     + (date2.getTime() - date1.getTime()) + "毫秒】");  
}  
}  
 
class MyCallable implements Callable<Object> {  
private String taskNum;  
 
MyCallable(String taskNum) {  
   this.taskNum = taskNum;  
}  
 
public Object call() throws Exception {  
   System.out.println(">>>" + taskNum + "任務啟動");  
   Date dateTmp1 = new Date();  
   Thread.sleep(1000);  
   Date dateTmp2 = new Date();  
   long time = dateTmp2.getTime() - dateTmp1.getTime();  
   System.out.println(">>>" + taskNum + "任務終止");  
   return taskNum + "任務返回運行結果,當前任務時間【" + time + "毫秒】";  
}
}

代碼說明：
上述代碼中Executors類，提供了一系列工廠方法用于創先線程池，返回的線程池都實現了ExecutorService接口。

• public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)

創建固定數目線程的線程池。

• public static ExecutorService newCachedThreadPool()

創建一個可緩存的線程池，調用execute 將重用以前構造的線程（如果線程可用）。如果現有線程沒有可用的，則創建一個新線程并添加到池中。終止并從緩存中移除那些已有 60 秒鐘未被使用的線程。

• public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()

創建一個單線程化的Executor。

• public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)

創建一個支持定時及周期性的任務執行的線程池，多數情況下可用來替代Timer類。

ExecutoreService提供了submit()方法，傳遞一個Callable，或Runnable，返回Future。如果Executor后臺線程池還沒有完成Callable的計算，這調用返回Future對象的get()方法，會阻塞直到計算完成。

線程的狀態

• 創建（new）狀態: 準備好了一個多線程的對象
• 就緒（runnable）狀態: 調用了start()方法, 等待CPU進行調度
• 運行（running）狀態: 執行run()方法
• 阻塞（blocked）狀態: 暫時停止執行, 可能將資源交給其它線程使用
• 終止（dead）狀態: 線程銷毀

當需要新起一個線程來執行某個子任務時，就創建了一個線程。但是線程創建之后，不會立即進入就緒狀態，因為線程的運行需要一些條件（比如內存資源，在前面的JVM內存區域劃分一篇博文中知道程序計數器、Java棧、本地方法棧都是線程私有的，所以需要為線程分配一定的內存空間），只有線程運行需要的所有條件滿足了，才進入就緒狀態。

當線程進入就緒狀態后，不代表立刻就能獲取CPU執行時間，也許此時CPU正在執行其他的事情，因此它要等待。當得到CPU執行時間之后，線程便真正進入運行狀態。

線程在運行狀態過程中，可能有多個原因導致當前線程不繼續運行下去，比如用戶主動讓線程睡眠（睡眠一定的時間之后再重新執行）、用戶主動讓線程等待，或者被同步塊給阻塞，此時就對應著多個狀態：time waiting（睡眠或等待一定的事件）、waiting（等待被喚醒）、blocked（阻塞）。

當由于突然中斷或者子任務執行完畢，線程就會被消亡。

下面這副圖描述了線程從創建到消亡之間的狀態：

1

注:sleep和wait的區別:

• sleep是Thread類的方法,wait是Object類中定義的方法.
• Thread.sleep不會導致鎖行為的改變,如果當前線程是擁有鎖的,那么Thread.sleep不會讓線程釋放鎖.
• Thread.sleep和Object.wait都會暫停當前的線程.OS會將執行時間分配給其它線程. 區別是, 調用wait后,需要別的線程執行notify/notifyAll才能夠重新獲得CPU執行時間.

線程的常用方法

2

靜態方法

currentThread()方法

currentThread()方法可以返回代碼段正在被哪個線程調用的信息。

public class Run1{
    public static void main(String[] args){                 
    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

sleep()方法

方法sleep()的作用是在指定的毫秒數內讓當前“正在執行的線程”休眠（暫停執行）。這個“正在執行的線程”是指this.currentThread()返回的線程。

sleep方法有兩個重載版本：

sleep(long millis)     //參數為毫秒
sleep(long millis,int nanoseconds)    //第一參數為毫秒，第二個參數為納秒

sleep相當于讓線程睡眠，交出CPU，讓CPU去執行其他的任務。
但是有一點要非常注意，sleep方法不會釋放鎖，也就是說如果當前線程持有對某個對象的鎖，則即使調用sleep方法，其他線程也無法訪問這個對象?？聪旅孢@個例子就清楚了：

public class Test {
 
    private int i = 10;
    private Object object = new Object();
 
    public static void main(String[] args) throws IOException  {
        Test test = new Test();
        MyThread thread1 = test.new MyThread();
        MyThread thread2 = test.new MyThread();
        thread1.start();
        thread2.start();
    } 
 
    class MyThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            synchronized (object) {
                i++;
                System.out.println("i:"+i);
                try {
                    System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"進入睡眠狀態");
                    Thread.currentThread().sleep(10000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO: handle exception
                }
                System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"睡眠結束");
                i++;
                System.out.println("i:"+i);
            }
        }
    }
}

輸出結果：

3

從上面輸出結果可以看出，當Thread-0進入睡眠狀態之后，Thread-1并沒有去執行具體的任務。只有當Thread-0執行完之后，此時Thread-0釋放了對象鎖，Thread-1才開始執行。

注意，如果調用了sleep方法，必須捕獲InterruptedException異?；蛘邔⒃摦惓Ｏ蛏蠈訏伋觥．斁€程睡眠時間滿后，不一定會立即得到執行，因為此時可能CPU正在執行其他的任務。所以說調用sleep方法相當于讓線程進入阻塞狀態。

yield()方法

調用yield方法會讓當前線程交出CPU權限，讓CPU去執行其他的線程。它跟sleep方法類似，同樣不會釋放鎖。但是yield不能控制具體的交出CPU的時間，另外，yield方法只能讓擁有相同優先級的線程有獲取CPU執行時間的機會。

注意，調用yield方法并不會讓線程進入阻塞狀態，而是讓線程重回就緒狀態，它只需要等待重新獲取CPU執行時間，這一點是和sleep方法不一樣的。
代碼：

public class MyThread  extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        long beginTime=System.currentTimeMillis();
        int count=0;
        for (int i=0;i<50000000;i++){
            count=count+(i+1);
            //Thread.yield();
        }
        long endTime=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("用時："+(endTime-beginTime)+" 毫秒！");
    }
}
 
public class Run {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread t= new MyThread();
        t.start();
    }
}

執行結果：

1
用時：3 毫秒！

如果將 //Thread.yield();的注釋去掉，執行結果如下：

1
用時：16080 毫秒！

對象方法

start()方法

start()用來啟動一個線程，當調用start方法后，系統才會開啟一個新的線程來執行用戶定義的子任務，在這個過程中，會為相應的線程分配需要的資源。

run()方法

run()方法是不需要用戶來調用的，當通過start方法啟動一個線程之后，當線程獲得了CPU執行時間，便進入run方法體去執行具體的任務。注意，繼承Thread類必須重寫run方法，在run方法中定義具體要執行的任務。

getId()

getId()的作用是取得線程的唯一標識
代碼：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t= Thread.currentThread();
        System.out.println(t.getName()+" "+t.getId());
    }
}

輸出：

1
main 1

isAlive()方法

方法isAlive()的功能是判斷當前線程是否處于活動狀態
代碼：

public class MyThread  extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("run="+this.isAlive());
    }
}
public class RunTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThread myThread=new MyThread();
        System.out.println("begin =="+myThread.isAlive());
        myThread.start();
        System.out.println("end =="+myThread.isAlive());
    }
}

程序運行結果：

begin ==false
run=true
end ==false

方法isAlive()的作用是測試線程是否偶處于活動狀態。什么是活動狀態呢？活動狀態就是線程已經啟動且尚未終止。線程處于正在運行或準備開始運行的狀態，就認為線程是“存活”的。
有個需要注意的地方

System.out.println("end =="+myThread.isAlive());

雖然上面的實例中打印的值是true,但此值是不確定的。打印true值是因為myThread線程還未執行完畢，所以輸出true。如果代碼改成下面這樣，加了個sleep休眠：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThread myThread=new MyThread();
        System.out.println("begin =="+myThread.isAlive());
        myThread.start();
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("end =="+myThread.isAlive());
    }

則上述代碼運行的結果輸出為false,因為mythread對象已經在1秒之內執行完畢。

join()方法

在很多情況下，主線程創建并啟動了線程，如果子線程中藥進行大量耗時運算，主線程往往將早于子線程結束之前結束。這時，如果主線程想等待子線程執行完成之后再結束，比如子線程處理一個數據，主線程要取得這個數據中的值，就要用到join()方法了。方法join()的作用是等待線程對象銷毀。

public class Thread4 extends Thread{
    public Thread4(String name) {
        super(name);
    }
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(getName() + "  " + i);
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 啟動子進程
        new Thread4("new thread").start();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            if (i == 5) {
                Thread4 th = new Thread4("joined thread");
                th.start();
                th.join();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  " + i);
        }
    }
}

執行結果：

main  0
main  1
main  2
main  3
main  4
new thread  0
new thread  1
new thread  2
new thread  3
new thread  4
joined thread  0
joined thread  1
joined thread  2
joined thread  3
joined thread  4
main  5
main  6
main  7
main  8
main  9

由上可以看出main主線程等待joined thread線程先執行完了才結束的。如果把th.join()這行注釋掉，運行結果如下：

main  0
main  1
main  2
main  3
main  4
main  5
main  6
main  7
main  8
main  9
new thread  0
new thread  1
new thread  2
new thread  3
new thread  4
joined thread  0
joined thread  1
joined thread  2
joined thread  3
joined thread  4

getName和setName

用來得到或者設置線程名稱。

getPriority和setPriority

用來獲取和設置線程優先級。

setDaemon和isDaemon

用來設置線程是否成為守護線程和判斷線程是否是守護線程。

守護線程和用戶線程的區別在于：守護線程依賴于創建它的線程，而用戶線程則不依賴。舉個簡單的例子：如果在main線程中創建了一個守護線程，當main方法運行完畢之后，守護線程也會隨著消亡。而用戶線程則不會，用戶線程會一直運行直到其運行完畢。在JVM中，像垃圾收集器線程就是守護線程。

在上面已經說到了Thread類中的大部分方法，那么Thread類中的方法調用到底會引起線程狀態發生怎樣的變化呢？下面一幅圖就是在上面的圖上進行改進而來的：

4

停止線程

停止線程是在多線程開發時很重要的技術點，掌握此技術可以對線程的停止進行有效的處理。
停止一個線程可以使用Thread.stop()方法，但最好不用它。該方法是不安全的，已被棄用。
在Java中有以下3種方法可以終止正在運行的線程：

• 使用退出標志，使線程正常退出，也就是當run方法完成后線程終止
• 使用stop方法強行終止線程，但是不推薦使用這個方法，因為stop和suspend及resume一樣，都是作廢過期的方法，使用他們可能產生不可預料的結果。
• 使用interrupt方法中斷線程，但這個不會終止一個正在運行的線程，還需要加入一個判斷才可以完成線程的停止。

暫停線程

interrupt()方法

線程的優先級

在操作系統中，線程可以劃分優先級，優先級較高的線程得到的CPU資源較多，也就是CPU優先執行優先級較高的線程對象中的任務。
設置線程優先級有助于幫“線程規劃器”確定在下一次選擇哪一個線程來優先執行。
設置線程的優先級使用setPriority()方法，此方法在JDK的源碼如下：

public final void setPriority(int newPriority) {
        ThreadGroup g;
        checkAccess();
        if (newPriority > MAX_PRIORITY || newPriority < MIN_PRIORITY) {
            throw new IllegalArgumentException();
        }
        if((g = getThreadGroup()) != null) {
            if (newPriority > g.getMaxPriority()) {
                newPriority = g.getMaxPriority();
            }
            setPriority0(priority = newPriority);
        }
    }

在Java中，線程的優先級分為1~10這10個等級，如果小于1或大于10，則JDK拋出異常throw new IllegalArgumentException()。
JDK中使用3個常量來預置定義優先級的值，代碼如下：

public final static int MIN_PRIORITY = 1;
public final static int NORM_PRIORITY = 5;
public final static int MAX_PRIORITY = 10;

線程優先級特性：

• 繼承性
  比如A線程啟動B線程，則B線程的優先級與A是一樣的。
• 規則性
  高優先級的線程總是大部分先執行完，但不代表高優先級線程全部先執行完。
• 隨機性
  優先級較高的線程不一定每一次都先執行完。

同步與死鎖

1. 同步代碼塊
   在代碼塊上加上”synchronized”關鍵字，則此代碼塊就稱為同步代碼塊
2. 同步代碼塊格式

synchronized(同步對象){
 需要同步的代碼塊;
}

3. 同步方法
   除了代碼塊可以同步，方法也是可以同步的
4. 方法同步格式

synchronized void 方法名稱(){}