Java多线程之线程及其常用方法

创建线程和常用方法

进程与线程的概念

进程

进程是程序执行时的一个实例。程序运行时系统就会创建一个进程，并为它分配资源，然后把该进程放入进程就绪队列，进程调度器选中它的时候就会为它分配CPU时间，程序开始真正运行。

线程

线程是一条执行路径，是程序执行时的最小单位，它是进程的一个执行流，是CPU调度和分派的基本单位，一个进程可以由很多个线程组成，线程间共享进程的所有资源，每个线程有自己的堆栈和局部变量。线程由CPU独立调度执行，在多CPU环境下就允许多个线程同时(并发)运行。
一个正在运行的软件(如迅雷)就是一个进程，一个进程可以同时运行多个任务( 迅雷软件可以同时下载多个文件，每个下载任务就是一个线程), 可以简单的认为进程是线程的集合。

为什么要使用多线程
多线程可以提高程序的效率。
实际生活案例：村长要求喜洋洋在一个小时内打100桶水，可以喜洋洋一个小时只能打25桶水，如果这样就需要4个小时才能完成任务，为了在一个小时能够完成，喜洋洋就请美洋洋、懒洋洋、沸洋洋，来帮忙，这样4只羊同时干活，在一小时内完成了任务。原本用4个小时完成的任务现在只需要1个小时就完成了，如果把每只羊看做一个线程，多只羊即多线程可以提高程序的效率。

并发编程的概念

顺序编程

public class Main {
    // 顺序编程：当吃饭吃不完的时候，是不能喝酒的，只能吃完晚才能喝酒
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 先吃饭再喝酒
        eat();
        drink();
    }

    private static void eat() throws Exception {
        System.out.println("开始吃饭...\t" + new Date());
        Thread.sleep(5000);
        System.out.println("结束吃饭...\t" + new Date());
    }

    private static void drink() throws Exception {
        System.out.println("开始喝酒...\t" + new Date());
        Thread.sleep(5000);
        System.out.println("结束喝酒...\t" + new Date());
    }
}

QQ图片20200326170915.png

并发编程

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 一边吃饭一边喝酒
        new EatThread().start();
        new DrinkThread().start();
    }
}

class EatThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("开始吃饭?...\t" + new Date());
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("结束吃饭?...\t" + new Date());
    }
}

class DrinkThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("开始喝酒?️...\t" + new Date());
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("结束喝酒?...\t" + new Date());
    }
}

QQ图片20200326170926.png

并发编程，一边吃饭一边喝酒总共用时5秒，比顺序编程更快，因为并发编程可以同时运行，而不必等前面的代码运行完之后才允许后面的代码。
同一个时刻一个CPU只能做一件事情，即同一时刻只能一个线程中的部分代码，假如有两个线程，Thread-0和Thread-1，刚开始CPU说Thread-0你先执行，给你3毫秒时间，Thread-0执行了3毫秒时间，但是没有执行完，此时CPU会暂停Thread-0执行并记录Thread-0执行到哪行代码了，当时的变量的值是多少，然后CPU说Thread-1你可以执行了，给你2毫秒的时间，Thread-1执行了2毫秒也没执行完，此时CPU会暂停Thread-1执行并记录Thread-1执行到哪行代码了，当时的变量的值是多少，此时CPU又说Thread-0又该你，这次我给你5毫秒时间，去执行吧，此时CPU就找出上次Thread-0线程执行到哪行代码了，当时的变量值是多少，然后接着上次继续执行，结果用了2毫秒就Thread-0就执行完了，就终止了，然后CPU说Thread-1又轮到你，这次给你4毫秒，同样CPU也会先找出上次Thread-1线程执行到哪行代码了，当时的变量值是多少，然后接着上次继续开始执行，结果Thread-1在4毫秒内也执行结束了，Thread-1也结束了终止了。CPU在来回改变线程的执行机会称之为线程上下文切换。

线程的状态
创建（new）状态: 准备好了一个多线程的对象，即执行了new Thread(); 创建完成后就需要为线程分配内存
就绪（runnable）状态: 调用了start()方法, 等待CPU进行调度
运行（running）状态: 执行run()方法
阻塞（blocked）状态: 暂时停止执行线程，将线程挂起(sleep()、wait()、join()、没有获取到锁都会使线程阻塞), 可能将资源交给其它线程使用
死亡（terminated）状态: 线程销毁(正常执行完毕、发生异常或者被打断interrupt()都会导致线程终止)

创建线程的方式
1.子类继承Thread类，重写Thread类run方法，new Thread子类创建线程对象，调用线程对象的start()方法。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        new MyThread().start();
    }
}

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId());
    }
}

2.实现类实现Runnable接口，重写Runnable接口run()方法，实例化实现类并将此实例作为Thread类的target来创建线程对象，调用线程对象的start()方法。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
         // 将Runnable实现类作为Thread的构造参数传递到Thread类中，然后启动Thread类
        MyRunnable runnable = new MyRunnable();
        new Thread(runnable).start();
    }
}

class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId());
    }
}

3.实现类实现Callable接口，重写Callable带有返回值的call()方法，用FutureTask包装Callable实现类的实例，将FutureTask的实例作为Thread类的target来创建线程对象，调用线程对象的start()方法

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 将Callable包装成FutureTask，FutureTask也是一种Runnable
        MyCallable callable = new MyCallable();
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);
        new Thread(futureTask).start();

        // get方法会阻塞调用的线程
        Integer sum = futureTask.get();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + Thread.currentThread().getId() + "=" + sum);
    }
}


class MyCallable implements Callable<Integer> {

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId() + "\t" + new Date() + " \tstarting...");

        int sum = 0;
        for (int i = 0; i <= 100000; i++) {
            sum += i;
        }
        Thread.sleep(5000);

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.currentThread().getId() + "\t" + new Date() + " \tover...");
        return sum;
    }
}

三种方式比较：
1.Thread: 继承方式, 不建议使用, 因为Java是单继承的，继承了Thread就没办法继承其它类了，不够灵活
2.Runnable: 实现接口，比Thread类更加灵活，没有单继承的限制
3.Callable: Thread和Runnable都是重写的run()方法并且没有返回值，Callable是重写的call()方法并且有返回值并可以借助FutureTask类来判断线程是否已经执行完毕或者取消线程执行
4.当线程不需要返回值时使用Runnable，需要返回值时就使用Callable

常用方法
1.Thread.currentThread()

public static void main(String[] args) {
    Thread thread = Thread.currentThread();
    // 线程名称
    String name = thread.getName();
    // 线程id
    long id = thread.getId();
    // 线程已经启动且尚未终止
    // 线程处于正在运行或准备开始运行的状态，就认为线程是“存活”的
    boolean alive = thread.isAlive();
    // 线程优先级
    int priority = thread.getPriority();
    // 是否守护线程
    boolean daemon = thread.isDaemon();
    
    // Thread[name=main,id=1,alive=true,priority=5,daemon=false]
    System.out.println("Thread[name=" + name + ",id=" + id + ",alive=" + alive + ",priority=" + priority + ",daemon=" + daemon + "]");
}

2.sleep() 与 interrupt()
sleep(): 睡眠指定时间，即让程序暂停指定时间运行，时间到了会继续执行代码，如果时间未到就要醒需要使用interrupt()来随时唤醒
interrupt(): 唤醒正在睡眠的程序，调用interrupt()方法，会使得sleep()方法抛出InterruptedException异常，当sleep()方法抛出异常就中断了sleep的方法，从而让程序继续运行下去

public static void main(String[] args) throws Exception {
    Thread thread0 = new Thread(()-> {
        try {
            System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t太困了，让我睡10秒，中间有事叫我，zZZ。。。");
            Thread.sleep(10000);
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t被叫醒了，又要继续干活了");
        }
    });
    thread0.start();

    // 这里睡眠只是为了保证先让上面的那个线程先执行
    Thread.sleep(2000);

    new Thread(()-> {
        System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t醒醒，醒醒，别睡了，起来干活了！！！");
        // 无需获取锁就可以调用interrupt
        thread0.interrupt();
    }).start();
}

QQ图片20200326175143.png

3.wait() 与 notify()
wait、notify和notifyAll方法是Object类的final方法，这些方法不能被子类重写。因此在程序中可以通过this或者super来调this.wait(), super.wait()。
wait(): 导致线程进入等待阻塞状态，会一直等待直到它被其他线程通过notify()或者notifyAll唤醒。该方法只能在同步方法或同步块内部调用。如果当前线程不是锁的持有者，该方法抛出一个IllegalMonitorStateException异常。wait(long timeout): 时间到了自动执行，类似于sleep(long millis)
notify(): 该方法只能在同步方法或同步块内部调用，随机选择一个(注意：只会通知一个)在该对象上调用wait方法的线程，解除其阻塞状态
notifyAll(): 唤醒所有的wait对象

wait()是让程序暂停执行，线程进入当前实例的等待队列，这个队列属于该实例对象，所以调用notify也必须使用该对象来调用，不能使用别的对象来调用。调用wait和notify必须使用同一个对象来调用。

注意：

Object.wait()和Object.notify()和Object.notifyall()必须写在synchronized方法内部或者synchronized块内部
让哪个对象等待wait就去通知notify哪个对象，不要让A对象等待，结果却去通知B对象，要操作同一个对象

public class WaitNotifyTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        WaitNotifyTest waitNotifyTest = new WaitNotifyTest();
        new Thread(() -> {
            try {
                waitNotifyTest.printFile();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }).start();

        new Thread(() -> {
            try {
                waitNotifyTest.printFile();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }).start();

        new Thread(() -> {
            try {
                System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t睡觉1秒中，目的是让上面的线程先执行，即先执行wait()");
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            waitNotifyTest.notifyPrint();
        }).start();
    }

    private synchronized void printFile() throws InterruptedException {
        System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t等待打印文件...");
        this.wait();
        System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t打印结束。。。");
    }

    private synchronized void notifyPrint() {
        this.notify();
        System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t通知完成...");
    }
}

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notifyAll()

4.sleep() 与 wait()
Thread.sleep(long millis): 睡眠时不会释放锁

package com.example.demo;
import java.util.Date;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object lock = new Object();

        new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t" + i);
                    try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { }
                }
            }
        }).start();

        Thread.sleep(1000);

        new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t" + i);
                }
            }
        }).start();
    }

}

因main方法中Thread.sleep(1000)所以上面的线程Thread-0先被执行，当循环第一次时就会Thread.sleep(1000)睡眠，因为sleep并不会释放锁，所以Thread-1得不到执行的机会，所以直到Thread-0执行完毕释放锁对象lock，Thread-1才能拿到锁，然后执行Thread-1;
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object.wait(long timeout): 会释放锁

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object lock = new Object();

        new Thread(() -> {
            synchronized (object) {
                System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t等待打印文件...");
                try {
                    object.wait(5000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t打印结束。。。");
            }
        }).start();

         // 先上面的线程先执行
        Thread.sleep(1000);

        new Thread(() -> {
            synchronized (object) {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "\t" + i);
                }
            }
        }).start();
    }
}

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sleep与wait的区别
sleep在Thread类中，wait在Object类中
sleep不会释放锁，wait会释放锁
sleep使用interrupt()来唤醒，wait需要notify或者notifyAll来通知

5.join()

public class JoinTest {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new ParentRunnable()).start();
    }
}

class ParentRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // 线程处于new状态
        Thread childThread = new Thread(new ChildRunable());
        // 线程处于runnable就绪状态
        childThread.start();
        try {
            // 当调用join时，parent会等待child执行完毕后再继续运行
            // 将某个线程加入到当前线程
            childThread.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "父线程 running");
        }
    }
}

class ChildRunable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) {}
            System.out.println(new Date() + "\t" + Thread.currentThread().getName() + "子线程 running");
        }
    }
}

程序进入主线程，运行Parent对应的线程，Parent的线程代码分两段，一段是启动一个子线程，一段是Parent线程的线程体代码，首先会将Child线程加入到Parent线程，join()方法会调用join(0)方法(join()方法是普通方法并没有加锁，join(0)会加锁)，join(0)会执行while(isAlive()) { wait(0);} 循环判断线程是否处于活动状态，如果是继续wait(0)知道isAlive=false结束掉join(0), 从而结束掉join(), 最后回到Parent线程体中继续执行其它代码。

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6.yield()
交出CPU的执行时间，不会释放锁，让线程进入就绪状态，等待重新获取CPU执行时间，yield就像一个好人似的，当CPU轮到它了，它却说我先不急，先给其他线程执行吧, 此方法很少被使用到

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            int sum = 0;
            @Override
            public void run() {
                long beginTime=System.currentTimeMillis();
                for (int i = 0; i < 99999; i++) {
                    sum += 1;
                    // 去掉该行执行用2毫秒，加上271毫秒
                    Thread.yield();
                }
                long endTime=System.currentTimeMillis();
                System.out.println("用时："+ (endTime - beginTime) + " 毫秒！");
            }
        }).start();
    }
}

sleep(long millis) 与 yeid()
sleep(long millis): 需要指定具体睡眠的时间，不会释放锁，睡眠期间CPU会执行其它线程，睡眠时间到会立刻执行
yeid(): 交出CPU的执行权，不会释放锁，和sleep不同的时当再次获取到CPU的执行，不能确定是什么时候，而sleep是能确定什么时候再次执行。两者的区别就是sleep后再次执行的时间能确定，而yeid是不能确定的
yield会把CPU的执行权交出去，所以可以用yield来控制线程的执行速度，当一个线程执行的比较快，此时想让它执行的稍微慢一些可以使用该方法，想让线程变慢可以使用sleep和wait,但是这两个方法都需要指定具体时间，而yield不需要指定具体时间，让CPU决定什么时候能再次被执行，当放弃到下次再次被执行的中间时间就是间歇等待的时间

7.setDaemon(boolean on)
线程分两种：
1.用户线程：如果主线程main停止掉，不会影响用户线程，用户线程可以继续运行。
2.守护线程：如果主线程死亡，守护线程如果没有执行完毕也要跟着一块死(就像皇上死了，带刀侍卫也要一块死)，GC垃圾回收线程就是守护线程

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                IntStream.range(0, 5).forEach(i -> {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\ti=" + i);
                });
            }
        };
        thread.start();


        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\ti=" + i);
        }
        System.out.println("主线程执行结束，子线程仍然继续执行，主线程和用户线程的生命周期各自独立。");
    }
}

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public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                IntStream.range(0, 5).forEach(i -> {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\ti=" + i);
                });
            }
        };
        thread.setDaemon(true);
        thread.start();


        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\ti=" + i);
        }
        System.out.println("主线程死亡，子线程也要陪着一块死！");
    }
}

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参考：
多线程(一)：创建线程和线程的常用方法

Java多线程之线程及其常用方法

创建线程和常用方法

WillLiaowh

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