Java深入浅出讲解多线程的概念到使用

下面开始学习Java多线程吧！

写在前面：Java系统在语言层次上对多线程直接提供支持，多线程的主要目的是将一个程序中的各个程序段并发化，在在通常情况下，Java程序各部分是按顺序一次执行的，由于某种原因，需要将这些按顺序执行的程序段转化为并发执行，每个程序段在逻辑上是相互完整的代码段。实际上，在单处理器上，同一时刻只能执行一个代码，但是在同一时间段内，这些代码交替执行，所谓的“微观串行，宏观并行”。

1.线程的几个相关概念

多线程编程的含义就是将一个程序任务分为几个可以同时并发执行的子任务。

程序：程序是含有指令和数据的文件，也可以说程序是静态代码，被存储在磁盘或者其他的数据存储设备中。

进程：进程是程序执行一次的过程。进程是系统运行程序的单位，因此进程是动态的。当程序运行时就会被系统载入内存，并且启动他的工作。对于完全不相关的程序，在同时执行时，不会做数据的交换，而且可以完全独立运行。

多任务：多任务是在一个系统中可以同时运行多个进程。每个进程都是独立的任务，每个进程都有自己独立的内存。所谓的同时运行进程，其实是操作系统将资源分配给各个进程以后，每个进程在CPU上交替运行。

线程：线程是比进程更小的执行单位。一个进程执行过程可以产生多个线程，形成多条执行路径，提高了运行效率。不同的是，同类的多个线程共享同一块内存，在进行各个线程的切换时开销比进程小很多。

多线程：同时执行一个以上的线程，一个线程的执行不必等到另一个线程执行完成在执行。

2.线程的状态与生命周期

每个Java程序都有一个默认的主线程，对于应用程序来说其主线程就是main()方法执行的线程。要想实现多线程，必须在主线程中创建新的线程对象，Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程，新线程的建立在它完整的生命周期中通常要经历五种状态，通过线程的控制和调度可以实现这几种状态之间的转化。

1. 新建状态：线程对象声明和创建，未被执行之前。

2. 就绪状态：处于新建状态的线程被启动后进入线程队列排队等待CPU时间片。

3. 运行状态：就绪状态的线程被调度并获得CPU资源。

4. 阻塞状态：在特殊情况下让出CPU资源暂时中止自己的执行。

5. 消亡状态：线程执行完成或者程序停止运行。

3.线程的优先级与调度

在多线程系统中，每个线程都会被赋予一个优先级。优先级高的线程可以在一段时间内获得比优先级低的线程更多的执行时间。优先级相同时先来先用。

创建一个新的线程的优先级规则：

• 新建线程的优先级继承创建它的父线程的优先级，父线程是指创建新线程对象语句所在的线程。
• 一般情况下，主线程具有普通优先级，优先级从低到高用1-10来表示。

4.Java中多线程的创建

4.1继承Thread类创建线程

当我们发现程序可以分头执行时，就可以通过创建多线程分头工作，在只有一个CPU的情况下，程序运行时间并不会因为采取多线程而减少，但是整体的感觉可能比较好。

Java语言中实现多线程的第一种方法，继承java.lang包中的Thread类。Java语言中已经定义了Thread类，该类中定义的方法可以实现线程的产生，执行，终止与查看进程的执行状态。

例：利用Thread类的子类创建线程。

class MyThread extends Thread{
    private String who;
    public MyThread(String name){
        who=name;
        }
        public void run(){
        for(int i=0;i<2;i++){
            try{
                sleep((int)(1000*Math.random()));
        }
            catch(InterruptedException e){}
            System.out.println(who+"正在运行...");
        }
        }
        }
        public class A_1{
    public static void main(String[] args){
        MyThread you=new MyThread("你");
        MyThread she=new MyThread("她");
        you.start();
        she.start();
        System.out.println("主方法运行结束");
    }
        }
/**
主方法运行结束
你正在运行...
她正在运行...
你正在运行...
你正在运行...
*/

语法：

class 类名 extends Thread{
    类中的成员变量;
    类中的成员方法;
    修饰符 run(){
        线程代码;
    }
}

4.2实现Runnable接口创建线程

由于Java不支持多重继承，如果某个类已经继承了其它的父类，将无法通过继承Thread类来创建线程。于是出现了Java中实现多线程的第二种方法，也是比较常用的一种方法，通过实现Runnable接口创建线程，这种方法可以使线程具有其它类的一些特征，极具灵活性。

例：利用Runnable接口创建线程。

class MyThread extends Thread{
    private String who;
    public MyThread(String name){
        who=name;
        }
        public void run(){
        for(int i=0;i<2;i++){
            try{
                sleep((int)(1000*Math.random()));
        }
            catch(InterruptedException e){}
            System.out.println(who+"正在运行...");
        }
        }
        }
        public class A_1{
    public static void main(String[] args){
        MyThread you=new MyThread("你");
        MyThread she=new MyThread("她");
        you.start();
        she.start();
        System.out.println("主方法运行结束");
    }
        }
/**
主方法运行结束
你正在运行...
她正在运行...
你正在运行...
你正在运行...
*/

Runnable是Java语言实现线程的接口。从本质上说，实现线程的类必须实现该接口。其实Thread就是直接继承Object类并且实现Runnable接口。

5.多线程的同步控制

当多个线程之间共享数据，若线程还是异步的方式访问共享数据，有时候是不安全和不符合逻辑的。此时，当一个线程对共享数据进行修改时，在没有完成相关操作之前，其它线程不能打断它。否则就会破坏数据的完整性，得到一个错误的结果。这就是线程的同步。

线程的同步控制是在数据的共享基础之上的，是为了解决多个线程共享数据导致的数据不一致问题。在同一时刻只允许一个线程处于操作中，这就是同步控制中的"线程间互斥"。

在并发程序中，对多线程共享的资源或数据称为临界资源，把线程中访问临界资源的代码成为临界代码。临界资源在一个时刻只能被一个线程访问，而访问临界资源的代码就是临界代码。

Java技术用对象"互斥锁"的机制来实现线程间的互斥操作。

关于互斥锁的机制下篇文章讲解。

6.线程之间的通信

多线程的执行往往需要相互之间的配合，为了更加有效的协调不同线程的工作，需要在线程间建立沟通渠道，通过线程间的对话来解决线程的同步问题，而不仅仅是依靠互斥机制。

Java.lang.Object中的wait()和notify()等方法为线程间的通信提供了有效手段。对于一个线程，若基于对象x调用wait()方法或notify()方法，该线程必须已经获得对象x的互斥锁。也就是说，wait()和notify()只能在同步代码里调用。

sleep()和wait()方法都能使线程堵塞，区别是：wait()方法在放弃CPU资源的同时交出了资源控制权，而sleep()方法无法做到。

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