java線程:概念與原理
一、操作系統(tǒng)中線程和進(jìn)程的概念
現(xiàn)在的操作系統(tǒng)是多任務(wù)的操作系統(tǒng)，多線程是多任務(wù)的一種實(shí)現(xiàn)方式。
進(jìn)程是指一個(gè)內(nèi)存中運(yùn)行的應(yīng)用程序，每個(gè)進(jìn)程都有自己獨(dú)立的一塊內(nèi)存空間，一個(gè)進(jìn)程可以啟動(dòng)多個(gè)線程。比如，在Windows系統(tǒng)中，一個(gè)運(yùn)行的exe就是一個(gè)進(jìn)程。
線程是指進(jìn)程中的一個(gè)執(zhí)行流程，一個(gè)進(jìn)程可以運(yùn)行多個(gè)線程。比如，java.exe進(jìn)程中可以運(yùn)行多個(gè)線程，線程總屬于某個(gè)進(jìn)程，進(jìn)程中的多個(gè)線程共享進(jìn)程的內(nèi)存。
二、Java中的線程
在Java中，“線程”指兩個(gè)不同的事情：
- java.lang.Thread類的一個(gè)實(shí)例
- 線程的執(zhí)行
使用java.lang.Thread類或者java.lang.Runnable接口編寫代碼來(lái)定義，實(shí)例化和啟動(dòng)線程。
一個(gè)Thread類實(shí)力只是一個(gè)對(duì)象，像Java中的任何其他對(duì)象一樣，具有變量和方法，生死于堆上。
Java中每個(gè)線程都有一個(gè)調(diào)用棧，即使不在程序中創(chuàng)建任何新的線程，線程也在后臺(tái)運(yùn)行著。
一個(gè)Java應(yīng)用總是從main()方法開始運(yùn)行,main()方法運(yùn)行在一個(gè)線程里，稱為主線程。
一旦創(chuàng)建一個(gè)新線程，就產(chǎn)生一個(gè)新的調(diào)用棧。
線程總體分為兩類：用戶線程和守護(hù)線程。
當(dāng)所有用戶線程執(zhí)行完畢，JVM自動(dòng)關(guān)閉。但守護(hù)線程卻不獨(dú)立于JVM，守護(hù)線程一般由操作系統(tǒng)或者用戶自己創(chuàng)建。
Java線程：創(chuàng)建與啟動(dòng)
一、定義線程
1.擴(kuò)展java.lang.Thread類
此類中有個(gè)run()方法，應(yīng)該注意其用法：
public void run()
如果該線程是使用獨(dú)立的Runnable運(yùn)行對(duì)象構(gòu)造的，則調(diào)用該Runnable對(duì)象的run方法；否則該方法不執(zhí)行任何操作并返回。
Thread的子類應(yīng)該重寫該方法。
2.實(shí)現(xiàn)java.lang.Runnable接口
void run()
使用實(shí)現(xiàn)Runnable的對(duì)象創(chuàng)建一個(gè)線程時(shí)，啟動(dòng)該線程將導(dǎo)致在獨(dú)立執(zhí)行的線程中調(diào)用對(duì)象的run()方法。
二、實(shí)例化線程
1.擴(kuò)展java.lang.Runnable類的線程,直接new即可
例：
public class MyThread extends Thread {
private int i = 0;
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
for (i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(MyThread.currentThread().getName() + " " + i);
}
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
if (i == 30) {
Thread myThread1 = new MyThread(); // 創(chuàng)建一個(gè)新的線程 myThread1 此線程進(jìn)入新建狀態(tài)
Thread myThread2 = new MyThread(); // 創(chuàng)建一個(gè)新的線程 myThread2 此線程進(jìn)入新建狀態(tài)
myThread1.start(); // 調(diào)用start()方法使得線程進(jìn)入就緒狀態(tài)
myThread2.start(); // 調(diào)用start()方法使得線程進(jìn)入就緒狀態(tài)
}
}
}
}
2. 如果是實(shí)現(xiàn)了java.lang.Runnable接口的類,則用Thread的構(gòu)造方法
Thread(Runnable target)
例：
public class MyRunnable implements Runnable{
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("MyRunnable run");
for(int i=0;i<100;i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
}
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
if (i == 30) {
Runnable myrunable = new MyRunnable();
Thread mythread = new MyThread(myrunable);
mythread.start();
}
}
}
}
三、啟動(dòng)線程
在線程的thread對(duì)象上調(diào)用start()方法，而不是run()方法或其他方法。
在調(diào)用start()方法后：
啟動(dòng)新的線程（具有新的調(diào)用棧）
該線程從新建狀態(tài)轉(zhuǎn)移到就緒狀態(tài)，等待CPU執(zhí)行
當(dāng)該線程執(zhí)行時(shí)，其run()方法將運(yùn)行
注意：對(duì)Java來(lái)說(shuō)，run()方法沒(méi)有任何特別之處。像main()方法一樣，它只是新線程知道調(diào)用的方法名稱(和簽名)。因此，在Runnable上或者Thread上調(diào)用run方法是合法的。但并不啟動(dòng)新的線程。
五、常見(jiàn)的問(wèn)題
1、線程的名字，一個(gè)運(yùn)行中的線程總是有名字的，名字有兩個(gè)來(lái)源，一個(gè)是虛擬機(jī)給自己的名字，一個(gè)是自己定的名字。在沒(méi)有指定線程名字的情況下，虛擬機(jī)總會(huì)為線程指定名字，且主線程的名字總是main，非主線程的名字不確定。
2、線程都可以設(shè)定名字，也可以獲取線程的名字。
3、獲取當(dāng)前線程的對(duì)象的方法：Thread.currentThread()。
4、對(duì)于任何一組啟動(dòng)的線程來(lái)說(shuō),調(diào)度程序不能保證其執(zhí)行順序，持續(xù)時(shí)間也無(wú)法保證。
5、當(dāng)線程的目標(biāo)run()方法結(jié)束時(shí)，該線程完成。
6、一旦線程啟動(dòng)，永遠(yuǎn)不能重啟，只有一個(gè)新線程可以被啟動(dòng)，且只能一次。一個(gè)可運(yùn)行的線程或死線程可以被重新啟動(dòng)。
7、線程的調(diào)度是JVM的一部分，在一個(gè)CPU的機(jī)器上上，實(shí)際上一次只能運(yùn)行一個(gè)線程。一次只有一個(gè)線程棧執(zhí)行。JVM線程調(diào)度程序決定實(shí)際運(yùn)行哪個(gè)處于可運(yùn)行狀態(tài)的線程。
眾多可運(yùn)行線程中的某一個(gè)會(huì)被選中做為當(dāng)前線程。可運(yùn)行線程被選擇運(yùn)行的順序是沒(méi)有保障的。
Java線程：線程棧模型與線程的變量
要理解縣城的調(diào)度原理,以及線程的執(zhí)行過(guò)程,必須理解線程棧模型。
線程棧：是指某時(shí)刻時(shí)，內(nèi)存中線程調(diào)度的棧信息，當(dāng)前調(diào)用的方法總是位于棧頂。線程棧的內(nèi)容是隨著程序運(yùn)行動(dòng)態(tài)變化的，因此研究線程棧必須選擇某一運(yùn)行時(shí)刻（實(shí)際上指代碼運(yùn)行到什么地方）
例：線程（調(diào)用）棧的變化過(guò)程。
這幅圖描述在代碼執(zhí)行到兩個(gè)不同時(shí)刻1、2時(shí)候，虛擬機(jī)線程調(diào)用棧示意圖.
當(dāng)程序執(zhí)行到t.start();時(shí)候，程序多出一個(gè)分支（增加了一個(gè)調(diào)用棧B），這樣，棧A、棧B并行執(zhí)行.
從這里就可以看出方法調(diào)用和線程啟動(dòng)的區(qū)別了。
Java線程：線程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換
一、線程的狀態(tài)
線程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換是線程的基礎(chǔ)，現(xiàn)成的狀態(tài)總體可分為五大狀態(tài)：
- 新建狀態(tài)（New）：當(dāng)線程對(duì)象對(duì)創(chuàng)建后，即進(jìn)入了新建狀態(tài)，
如：Thread t = new MyThread();- 就緒狀態(tài)（Runnable）：當(dāng)調(diào)用線程對(duì)象的start()方法（t.start();），線程即進(jìn)入就緒狀態(tài)。
處于就緒狀態(tài)的線程，只是說(shuō)明此線程已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，隨時(shí)等待CPU調(diào)度執(zhí)行，并不是說(shuō)執(zhí)行了t.start()此線程立即就會(huì)執(zhí)行；- 執(zhí)行狀態(tài)（Running）：當(dāng)CPU開始調(diào)度處于就緒狀態(tài)的線程時(shí)，此時(shí)線程才得以真正執(zhí)行，即進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)。
注：就緒狀態(tài)是進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)的唯一入口，也就是說(shuō)，線程要想進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)執(zhí)行，首先必須處于就緒狀態(tài)中。
- 阻塞狀態(tài)（Blocked)：處于運(yùn)行狀態(tài)中的線程由于某種原因，暫時(shí)放棄對(duì)CPU的使用權(quán)，停止執(zhí)行，此時(shí)進(jìn)入阻塞狀態(tài)，直到其進(jìn)入到就緒狀態(tài)，才有機(jī)會(huì)再次被CPU調(diào)用以進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)。
- 死亡狀態(tài)（Dead）：線程執(zhí)行完了或者因異常退出了run()方法，該線程結(jié)束生命周期。
二、阻塞的三種情況
1.等待阻塞：運(yùn)行狀態(tài)中的線程執(zhí)行wait()方法，使本線程進(jìn)入到等待阻塞狀態(tài)；
2.同步阻塞 -- 線程在獲取synchronized同步鎖失敗(因?yàn)殒i被其它線程所占用)，它會(huì)進(jìn)入同步阻塞狀態(tài)；
3.其他阻塞 -- 通過(guò)調(diào)用線程的sleep()或join()或發(fā)出了I/O請(qǐng)求時(shí)，線程會(huì)進(jìn)入到阻塞狀態(tài)。當(dāng)sleep()狀態(tài)超時(shí)、join()等待線程終止或者超時(shí)、或者I/O處理完畢時(shí)，線程重新轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)。
睡眠
Thread.sleep(long millis)和Thread.sleep(long millis, int nanos)靜態(tài)方法強(qiáng)制當(dāng)前正在執(zhí)行的線程休眠（暫停執(zhí)行）以“減慢線程”。
線程睡眠的原因：線程執(zhí)行太快，或者需要強(qiáng)制進(jìn)入下一輪，因?yàn)镴ava規(guī)范不保證合理的輪換。
睡眠的實(shí)現(xiàn):
調(diào)用靜態(tài)方法sleep()
try{
Thread.sleep(1);
}catch((InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
為了讓其他線程有機(jī)會(huì)執(zhí)行，可以將Thread.sleep()的調(diào)用放在線程run()之內(nèi)，這樣才能保證線程在執(zhí)行過(guò)程中會(huì)睡眠。
注意：
- 線程睡眠是幫助所有線程獲得運(yùn)行機(jī)會(huì)的最好方法。
- 線程睡眠到期自動(dòng)蘇醒，并返回就緒狀態(tài)，不是運(yùn)行狀態(tài)。sleep()方法并不能保證該線程睡眠到期后立即執(zhí)行。
- sleep()是靜態(tài)方法，只能控制當(dāng)前正在運(yùn)行的線程。
線程的優(yōu)先級(jí)和線程讓步y(tǒng)ield()
線程的讓步是通過(guò)Thread.yield()方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。yield方法的作用是：暫停當(dāng)前正在執(zhí)行的線程對(duì)象，并執(zhí)行其他線程。
要理解yield(），必須了解線程的優(yōu)先級(jí)的概念。
線程總是存在優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)范圍在1~10之間。JVM線程調(diào)度程序是基于優(yōu)先級(jí)的搶先調(diào)度機(jī)制。在大多數(shù)情況下，當(dāng)前運(yùn)行的線程的優(yōu)先級(jí)大于或等于線程池中任何線程的優(yōu)先級(jí)。
注意：當(dāng)設(shè)計(jì)多線程應(yīng)用程序，一定不要依賴于線程的優(yōu)先級(jí)，因?yàn)榫€程的優(yōu)先級(jí)操作是沒(méi)有保證的，只能把線程的優(yōu)先級(jí)作為提高程序效率的方法，但不要依賴這種操作。
設(shè)置線程的優(yōu)先級(jí)：線程默認(rèn)的優(yōu)先級(jí)是創(chuàng)建他的執(zhí)行線程的優(yōu)先級(jí)，可通過(guò)setPriority(int newPriority)更改線程的優(yōu)先級(jí)。
Thread t = new MyThread();
t.setPriority(8);
t.start();
yield()應(yīng)該做的是讓當(dāng)前運(yùn)行線程回到就緒狀態(tài)，以允許具有相同優(yōu)先級(jí)的其他線程獲得運(yùn)行機(jī)會(huì)。
因此，使用yield()的目的是讓相同優(yōu)先級(jí)的線程之間能適當(dāng)?shù)妮嗈D(zhuǎn)執(zhí)行。但是，實(shí)際中無(wú)法保證yield()達(dá)到讓步目的，因?yàn)樽尣降木€程還有可能被線程調(diào)度程序再次選中。
join()方法
Thread的非靜態(tài)方法join（）讓一個(gè)線程B“加入”到另一個(gè)線程A的尾部。在A執(zhí)行完畢前，B不能工作。例如：
Thread t = new MyThread();
t.start();
t.join();
另外，join()方法還有帶超時(shí)限制的重載版本。例如t.join(5000);則讓線程等待5000毫秒，如果超過(guò)這個(gè)時(shí)間，則停止等待，變?yōu)榭蛇\(yùn)行狀態(tài)。
小結(jié)
到目前為止，線程離開運(yùn)行狀態(tài)的3種方法：
1、調(diào)用Thread.sleep():使線程睡眠至少多少毫秒；
2、調(diào)用Thread.yield()：不能保障太多事情，盡管通常它會(huì)讓當(dāng)前運(yùn)行線程回到可運(yùn)行性狀態(tài)，使得有相同優(yōu)先級(jí)的線程有機(jī)會(huì)執(zhí)行。
3、調(diào)用join()方法：保證當(dāng)前線程停止執(zhí)行，直到該線程所加入的線程完成為止。然而，如果它加入的線程沒(méi)有存活，則當(dāng)前線程不需要停止。
除了以上三種方式外，還有下面幾種特殊情況可能使線程離開運(yùn)行狀態(tài)：
1、線程的run()方法完成。
2、在對(duì)象上調(diào)用wait()方法（不是在線程上調(diào)用）。
3、線程不能在對(duì)象上獲得鎖定，它正試圖運(yùn)行該對(duì)象的方法代碼。
4、線程調(diào)度程序可以決定將當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)移動(dòng)到可運(yùn)行狀態(tài)，以便讓另一個(gè)線程獲得運(yùn)行機(jī)會(huì)，而不需要任何理由。
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