【多线程与并发】：线程的创建、状态、方法

1、线程创建

创建线程有三种方式

  • 继承Thread类
    ①定义Thread类的子类，并重写该类的run方法，该run方法的方法体就代表了线程要完成的任务。因此把run()方法称为执行体。
    ②创建Thread子类的实例，即创建了线程对象。
    ③调用线程对象的start()方法来启动该线程。

  • 实现Runnable接口
    ①定义runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法，该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。
    ②创建 Runnable实现类的实例，并依此实例作为Thread的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。
    ③调用线程对象的start()方法来启动该线程。

  • 实现Callable接口（jdk1.5新增，在java.util.concurrent包）
    ①创建Callable接口的实现类，并实现call()方法，该call()方法将作为线程执行体，并且有返回值。
    ②创建Callable实现类的实例，使用FutureTask类来包装Callable对象，该FutureTask对象封装了该Callable对象的call()方法的返回值。
    ③使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建并启动新线程。
    ④调用FutureTask对象的get()方法来获得子线程执行结束后的返回值

示例代码

public class ThreadLearning {
    
//------------------------继承Thread类-----------------------
    //匿名内部类的形式
    @org.junit.Test
    public void generateThread_1() {
        Thread thread = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                //do something
                System.out.println("1");
            }
        };
        thread.start();
    }

    //正常形式
    @org.junit.Test
    public void generateThread_2() {
        Thread1 thread1 = new Thread1();
        thread1.start();
    }

    class Thread1 extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            //do something
            System.out.println("2");
        }
    }


//------------------------实现Runnable接口-----------------------
    //匿名内部类的形式
    @org.junit.Test
    public void generateThread_3() {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //do something
                System.out.println("1");
            }
        });
        thread.start();
    }

    //正常形式
    @org.junit.Test
    public void generateThread_4() {
        Thread2 thread2 = new Thread2();
        Thread thread = new Thread(thread2);
        thread.start();
    }

    class Thread2 implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            //do something
            System.out.println("2");
        }
    }


//------------------------实现Callable接口-----------------------
    @org.junit.Test
    public void generateThread_5() {
        Thread3 thread3 = new Thread3();
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(thread3);
        new Thread(futureTask).start();
        try {
            String s = futureTask.get();
            System.out.println(s);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    class Thread3 implements Callable<String>{
        @Override
        public String call() throws Exception {
            return "我是实现Callable接口的线程类";
        }
    }
}
2、线程状态分类
/**
 * 一个线程在给定的某个时刻，只能处在下面的6中状态中的一种。
 *
 * 这些状态是相对于虚拟机而言的，并不能反映出任何操作系统中线程状态。
 *
 */
public enum State {
    /**
     *
     * 新建状态
     *
     * 创建后还没有启动的线程处在NEW的状态；
     *
     * 而启动线程只有start()方法。也就是说还未调用start()方法的线程处在NEW的状态
     */
    NEW,

    /**
     *
     * 运行状态
     *
     * 处在此状态的线程有可能正在运行，也有可能正在等待CPU为它分配执行时间
     * 对于虚拟机而言，处在RUNNABLE状态的线程就是正在执行。
     *
     */
    RUNNABLE,

    /**
     *
     * 阻塞状态
     *
     * 处在阻塞状态的线程正在等待一个锁
     * 
     * 在程序等待进入同步区域的时候，线程将进入这种状态。
     * 
     *
     */
    BLOCKED,

    /**
     * 
     * 无限期等待状态
     * 
     * 线程进入无限期等待状态的原因是调用了下面三种方法之一：
     * ①没有设置Timeout参数的Object.wait()方法
     * ②没有设置Timeout参数的Thread.join()方法
     * ③LockSupport.park()方法
     * 
     * 
     */
    WAITING,
    /**
     * 
     * 限期等待状态
     * 
     * 线程进入限期等待状态的原因是调用了下面五种方法之一：
     * 
     * ①设置Timeout参数的Object.wait()方法
     * ②设置Timeout参数的Thread.join()方法
     * ③LockSupport.parkNanos()方法
     * ④LockSupport.parkUntil
     * ⑤Thread.sleep()方法
     * 
     */
    TIMED_WAITING,

    /**
     * 
     * 结束状态
     * 
     * 线程已经完成执行。
     */
    TERMINATED;
}
3、状态切换图
线程状态切换图.png
4、各个方法的解释

先看属于线程Thread的方法

public static native void yield();

该方法向线程调度器提示，当前线程（调用该方法的线程对象代表的线程）愿意让出处理器的使用权，但是线程调度器可能会忽视该提示。
很少有适合使用该方法的地方。它可能在调试或者测试的时候，帮助重现由于竞争条件出现的bug。它还可能在设计并发控制结构的时候提供帮助，比如java.util.concurrent.locks包中的一些类。

public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;
public static void sleep(long millis, int nanos) throws InterruptedException;

该方法会让当前线程（调用该方法的线程对象代表的线程）睡眠指定的一段时间（暂时停止执行），但当前线程不会失去锁的拥有权（还会继续占用锁）。
上述两个方法只是指定的睡眠时间精度不同。

public synchronized void start()

该方法会让当前线程（调用该方法的线程对象代表的线程）开始执行。JVM虚拟机会调用该线程的run()方法。对一个线程只能start()一次。

public final synchronized void join(long millis) throws InterruptedException
public final synchronized void join(long millis, int nanos) throws InterruptedException
public final void join() throws InterruptedException

该方法会让当前线程（调用该方法的线程，注意，这里并不是thread.join()中thread所表示的线程，而是方法thread.join()所在的线程）等待指定时间（如果为0，表示一直等到thread执行完），让join()方法的所属线程thread执行。
join()方法内部是调用wait()方法实现的。

再看Object中的方法

public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException
public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException
public final void wait() throws InterruptedException

该方法会让当前线程（该方法调用所在的线程）进入等待状态，直到被该对象（wait()方法的this对象）的notify()或者notifyAll()唤醒，或者等待时间结束（wait(long timeout)中的timeout结束）。
当前线程必须拥有该对象的monitor。
当前线程会将自己放置在等待集中（该对象的等待集），并放弃所有对该对象的同步声明。该线程就会不可用并保持休眠，直到发生下面的4种事件中的任意一件：
①其他线程触发了该对象的notify方法，那么该线程就可能会被唤醒（并不一定会唤醒，可能很多线程都wait该对象）；
②其他线程触发了notifyAll方法；
③被其他线程中断（interrupt()方法）
④设定的等待时间已到。如果是wait(0)或者wait()则会一直等待直到唤醒。

上述事件之一发生后，该线程就会从该对象的等待集中移除，重新加入线程调度。此后，它就会和其他线程一样去争夺该对象的锁，一旦获取了该对象的控制权，所有该对象的同步声明就会重新加载。
正确使用wait()的方式如下：(等待应该总是发生在轮询中：waits should always occur in loops)

synchronized (obj) {
       while (condition does not hold)
               obj.wait(timeout);
           ... // Perform action appropriate to condition
}

如果当前线程在等待之前或者等待期间被其他线程打断（Thread.interrupt()），就会抛出InterruptedException异常。
该方法只应该被拥有对象monitor的线程调用。

public final native void notify();
public final native void notifyAll();

notify()唤醒等待该对象monitor的单个线程。如果多个线程都在等待该对象monitor，那么被唤醒的线程是不固定的、任意的。被唤醒的线程并不会立即执行，而是等到当前线程放弃了该对象的锁。被唤醒的线程会和其他线程去竞争对该对象的同步操作。也就是说，被唤醒的线程仅仅是被唤醒去参与竞争，并不是唤醒了就开始执行。
该方法只应该被该对象的monitor的所有者线程调用。一个线程成为该对象的monitor的所有者有以下三种途径：
①执行该对象的同步的实例方法
②执行一个同步块，并且该同步了该对象
③对Class类型的对象，执行该类的一个同步的静态方法

为什么要使用多线程

①充分利用计算机CPU资源
假如CPU为4核，使用一个线程，那这个线程只会在一个CPU核心工作，其他三个CPU核心就浪费了。
②避免阻塞
在执行一件耗时的任务（TASK）的时候（比如下载文件），假如只有一个线程，就只能等任务执行完成才能执行另外的任务。如果多线程，只需要让一个线程去执行下载任务，另一个线程继续处理你其他任务，比如继续刷网页。
③并行处理任务
比如有很多任务需要执行（比如10个人同时要下载文件），如果只有一个线程，只能逐一去下载，排在第一个的人很高兴，但是后面的人需要等到前面的人下载完才能轮到自己，会很不乐意。使用多线程（假如有10个线程），每个线程对应一个下载任务，CPU就会同时（只是看上去同时）执行这些线程，这样每个人都可以以基本相同的速度下载完文件。
一个实际的应用就是B/S架构的应用，并行处理大量请求。
④就想到这么多。。。

内容参考

Java多线程学习(二)---线程创建方式
jdk1.8
《深入理解Java虚拟机》
《Java并发编程的艺术》

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