Java 多线程编程

Java给多线程编程提供了内置的支持。一个多线程程序包含两个或多个能并发运行的部分。程序的每一部分都称作一个线程，并且每个线程定义了一个独立的执行路径。

多线程是多任务的一种特别的形式。多线程比多任务需要更小的开销。

这里定义和线程相关的另一个术语：进程：一个进程包括由操作系统分配的内存空间，包含一个或多个线程。一个线程不能独立的存在，它必须是进程的一部分。一个进程一直运行，直到所有的非守候线程都结束运行后才能结束。

多线程能满足程序员编写非常有效率的程序来达到充分利用CPU的目的，因为CPU的空闲时间能够保持在最低限度。

一个线程的生命周

线程经过其生命周期的各个阶段。下图显示了一个线程完整的生命周期。

• 新建状态: 一个新产生的线程从新状态开始了它的生命周期。它保持这个状态直到程序start这个线程。

• 运行状态:当一个新状态的线程被start以后，线程就变成可运行状态，一个线程在此状态下被认为是开始执行其任务

• 就绪状态:当一个线程等待另外一个线程执行一个任务的时候，该线程就进入就绪状态。当另一个线程给就绪状态的线程发送信号时，该线程才重新切换到运行状态。

• 休眠状态: 由于一个线程的时间片用完了，该线程从运行状态进入休眠状态。当时间间隔到期或者等待的事件发生了，该状态的线程切换到运行状态。

• 终止状态: 一个运行状态的线程完成任务或者其他终止条件发生，该线程就切换到终止状态。

线程的优先级

每一个Java线程都有一个优先级，这样有助于操作系统确定线程的调度顺序。Java优先级在MIN_PRIORITY（1）和MAX_PRIORITY（10）之间的范围内。默认情况下，每一个线程都会分配一个优先级NORM_PRIORITY（5）。

具有较高优先级的线程对程序更重要，并且应该在低优先级的线程之前分配处理器时间。然而，线程优先级不能保证线程执行的顺序，而且非常依赖于平台。

创建一个线程

Java提供了两种创建线程方法：

• 通过实现Runnable接口；

• 通过继承Thread类本身。

通过实现Runnable接口来创建线程

创建一个线程，最简单的方法是创建一个实现Runnable接口的类。

为了实现Runnable，一个类只需要执行一个方法调用run()，声明如下：

public void run()

你可以重写该方法，重要的是理解的run()可以调用其他方法，使用其他类，并声明变量，就像主线程一样。

在创建一个实现Runnable接口的类之后，你可以在类中实例化一个线程对象。

Thread定义了几个构造方法，下面的这个是我们经常使用的：

Thread(Runnable threadOb,String threadName);

这里，threadOb 是一个实现Runnable 接口的类的实例，并且 threadName指定新线程的名字。

新线程创建之后，你调用它的start()方法它才会运行。

void start();

实例

下面是一个创建线程并开始让它执行的实例：

// 创建一个新的线程
class NewThread implements Runnable {Thread t;NewThread() {// 创建第二个新线程t = new Thread(this, "Demo Thread");System.out.println("Child thread: " + t);t.start(); // 开始线程}// 第二个线程入口public void run() {try {for(int i = 5; i > 0; i--) {System.out.println("Child Thread: " + i);// 暂停线程Thread.sleep(50);}} catch (InterruptedException e) {System.out.println("Child interrupted.");}System.out.println("Exiting child thread.");}
}public class ThreadDemo {public static void main(String args[]) {new NewThread(); // 创建一个新线程try {for(int i = 5; i > 0; i--) {System.out.println("Main Thread: " + i);Thread.sleep(100);}} catch (InterruptedException e) {System.out.println("Main thread interrupted.");}System.out.println("Main thread exiting.");}
}

编译以上程序运行结果如下：

Child thread: Thread[Demo Thread,5,main]
Main Thread: 5
Child Thread: 5
Child Thread: 4
Main Thread: 4
Child Thread: 3
Child Thread: 2
Main Thread: 3
Child Thread: 1
Exiting child thread.
Main Thread: 2
Main Thread: 1
Main thread exiting.

通过继承Thread来创建线程

创建一个线程的第二种方法是创建一个新的类，该类继承Thread类，然后创建一个该类的实例。

继承类必须重写run()方法，该方法是新线程的入口点。它也必须调用start()方法才能执行。

实例

// 通过继承 Thread 创建线程
class NewThread extends Thread {NewThread() {// 创建第二个新线程super("Demo Thread");System.out.println("Child thread: " + this);start(); // 开始线程}// 第二个线程入口public void run() {try {for(int i = 5; i > 0; i--) {System.out.println("Child Thread: " + i);// 让线程休眠一会Thread.sleep(50);}} catch (InterruptedException e) {System.out.println("Child interrupted.");}System.out.println("Exiting child thread.");}
}public class ExtendThread {public static void main(String args[]) {new NewThread(); // 创建一个新线程try {for(int i = 5; i > 0; i--) {System.out.println("Main Thread: " + i);Thread.sleep(100);}} catch (InterruptedException e) {System.out.println("Main thread interrupted.");}System.out.println("Main thread exiting.");}
}

编译以上程序运行结果如下：

Child thread: Thread[Demo Thread,5,main]
Main Thread: 5
Child Thread: 5
Child Thread: 4
Main Thread: 4
Child Thread: 3
Child Thread: 2
Main Thread: 3
Child Thread: 1
Exiting child thread.
Main Thread: 2
Main Thread: 1
Main thread exiting.

Thread 方法

下表列出了Thread类的一些重要方法：

测试线程是否处于活动状态。 上述方法是被Thread对象调用的。下面的方法是Thread类的静态方法。

实例

如下的ThreadClassDemo 程序演示了Thread类的一些方法：

// 文件名 : DisplayMessage.java
// 通过实现 Runnable 接口创建线程
public class DisplayMessage implements Runnable
{private String message;public DisplayMessage(String message){this.message = message;}public void run(){while(true){System.out.println(message);}}
}

// 文件名 : GuessANumber.java
// 通过继承 Thread 类创建线程public class GuessANumber extends Thread
{private int number;public GuessANumber(int number){this.number = number;}public void run(){int counter = 0;int guess = 0;do{guess = (int) (Math.random() * 100 + 1);System.out.println(this.getName()+ " guesses " + guess);counter++;}while(guess != number);System.out.println("** Correct! " + this.getName()+ " in " + counter + " guesses.**");}
}

// 文件名 : ThreadClassDemo.java
public class ThreadClassDemo
{public static void main(String [] args){Runnable hello = new DisplayMessage("Hello");Thread thread1 = new Thread(hello);thread1.setDaemon(true);thread1.setName("hello");System.out.println("Starting hello thread...");thread1.start();Runnable bye = new DisplayMessage("Goodbye");Thread thread2 = new Thread(bye);thread2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);thread2.setDaemon(true);System.out.println("Starting goodbye thread...");thread2.start();System.out.println("Starting thread3...");Thread thread3 = new GuessANumber(27);thread3.start();try{thread3.join();}catch(InterruptedException e){System.out.println("Thread interrupted.");}System.out.println("Starting thread4...");Thread thread4 = new GuessANumber(75);thread4.start();System.out.println("main() is ending...");}
}

运行结果如下，每一次运行的结果都不一样。

Starting hello thread...
Starting goodbye thread...
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Starting thread3...
Hello
Hello
Starting thread4...
Hello
Hello
main() is ending...

线程的几个主要概念:

在多线程编程时，你需要了解以下几个概念：

• 线程同步

• 线程间通信

• 线程死锁

• 线程控制：挂起、停止和恢复

多线程的使用

有效利用多线程的关键是理解程序是并发执行而不是串行执行的。例如：程序中有两个子系统需要并发执行，这时候就需要利用多线程编程。

通过对多线程的使用，可以编写出非常高效的程序。不过请注意，如果你创建太多的线程，程序执行的效率实际上是降低了，而不是提升了。

请记住，上下文的切换开销也很重要，如果你创建了太多的线程，CPU花费在上下文的切换的时间将多于执行程序的时间！