線程概述

線程與進(jìn)程

進(jìn)程

?每個運(yùn)行中的任務(wù)（通常是程序）就是一個進(jìn)程。當(dāng)一個程序進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行時，即變成了一個進(jìn)程。每一個進(jìn)程都有一定的獨(dú)立功能，進(jìn)程是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配與調(diào)度的一個獨(dú)立單元。

• 獨(dú)立性：進(jìn)程是系統(tǒng)中獨(dú)立存在的實(shí)體，它可以擁有自己獨(dú)立的資源，每一個進(jìn)程都有自己私有的地址空間。在沒有進(jìn)程本身允許的條件下，一個用戶進(jìn)程不可以直接訪問其他進(jìn)程的地址空間。
• 動態(tài)性：進(jìn)程與程序的區(qū)別在于，程序只是一序列靜態(tài)指令的集合，而進(jìn)程則是正在執(zhí)行中的程序，擁有自己的生命周期和各種不同的狀態(tài)，是動態(tài)產(chǎn)生、變化以及消亡的。
• 并發(fā)性：多個進(jìn)程可以在單個處理器上并發(fā)執(zhí)行，并且不會互相影響。
• 異步性：由于進(jìn)程的相互制約，使進(jìn)程具有執(zhí)行的間斷性，即進(jìn)程按各自獨(dú)立的、 不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。異步性會導(dǎo)致執(zhí)行結(jié)果的不可再現(xiàn)性，為此，在操作系統(tǒng)中必須配置相應(yīng)的進(jìn)程同步機(jī)制。
• 結(jié)構(gòu)性：進(jìn)程包含程序及其相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。進(jìn)程的實(shí)體包含進(jìn)程控制塊(PCB)，程序塊、數(shù)據(jù)塊和堆棧，又稱為進(jìn)程映像。

線程

?線程是進(jìn)程的執(zhí)行單元，是進(jìn)程的組成部分，一個進(jìn)程可以擁有多個線程，一個線程必須有一個父進(jìn)程。線程可以擁有自己的堆棧，自己的程序計(jì)數(shù)器以及自己的局部變量，但不擁有系統(tǒng)資源，它與父進(jìn)程的其它線程共享該進(jìn)程的全部資源。
?一個線程可以創(chuàng)建和銷毀另一個線程，同一個進(jìn)程中的多個線程之間可以并發(fā)執(zhí)行。
?線程是程序中一個單一的順序控制流程。進(jìn)程內(nèi)一個相對獨(dú)立的、可調(diào)度的執(zhí)行單元，是系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和分派CPU的基本單位。在單個程序中同時運(yùn)行多個線程完成不同的工作，稱為多線程。

• 進(jìn)程之間不能共享內(nèi)存，但線程之間共享內(nèi)存非常容易。
• 系統(tǒng)創(chuàng)建一個進(jìn)程需要為該進(jìn)程分配獨(dú)立的內(nèi)存空間，并分配大量的相關(guān)資源，但創(chuàng)建線程則代價小得多，因此使用多線程來實(shí)現(xiàn)多任務(wù)比使用多進(jìn)程的效率高。
• 因?yàn)榫€程劃分的尺度小于進(jìn)程，使得多線程程序的并發(fā)性高。

線程實(shí)現(xiàn)

繼承Thread類

1. 定義Thread類的子類，并重寫run()方法，該run()方法的方法體就代表了線程要完成的任務(wù)即線程的執(zhí)行體；
2. 創(chuàng)建Thread子類的實(shí)例，即創(chuàng)建線程對象；

3. 調(diào)用線程對象的start()方法來啟動該線程。（注意，不是直接調(diào)用對象的run()方法，調(diào)用對象的run()方法，其實(shí)就相當(dāng)于普通的方法調(diào)用，并不會創(chuàng)建線程）；

   
   
   通過繼承Thread類實(shí)現(xiàn)線程.png
   
   
   線程執(zhí)行結(jié)果.png
   
   

   ?從圖中可以看到，程序創(chuàng)建了三個線程，包含一個主線程和兩個子線程。并且可以看到，線程輸出并不是連續(xù)的，這是因?yàn)榫€程的執(zhí)行是基于系統(tǒng)資源調(diào)度執(zhí)行的。
   ?從圖中可以看出，sum變量不是連續(xù)的。使用繼承Thread的方法來創(chuàng)建線程類時，多個線程之間無法共享線程類的實(shí)例變量；因?yàn)槊看蝿?chuàng)建線程對象時都是需要創(chuàng)建一個MyThread對象，每個對象都包含自己的實(shí)例變量。

實(shí)現(xiàn)Runnable接口

1. 定義實(shí)現(xiàn)Runnable接口的實(shí)現(xiàn)類，并重寫接口的run()方法，該run()方法的方法體就代表了線程要完成的任務(wù)即線程的執(zhí)行體；
2. 創(chuàng)建Runnable實(shí)現(xiàn)類的實(shí)例，并以此實(shí)例作為Thread的target來創(chuàng)建Thread對象，該Thread對象才是真正的線程對象；

3. 調(diào)用Thread對象的start()方法來啟動該線程。（注意，不是直接調(diào)用Runnable對象的run()方法，調(diào)用Runnable對象的run()方法，其實(shí)就相當(dāng)于普通的方法調(diào)用，并不會創(chuàng)建線程);

   
   
   通過實(shí)現(xiàn)Runnable接口實(shí)現(xiàn)線程.png
   
   
   線程執(zhí)行結(jié)果.png
   
   

   ?從圖中可以看出，sum變量時連續(xù)的。使用實(shí)現(xiàn)Runnable的方法來創(chuàng)建線程類時，多個線程之間可以共享線程類的實(shí)例變量；因?yàn)樵谶@種方式下，程序所創(chuàng)建的Runnable對象只是線程的target，而多個線程可以共享同一個target，所以多個線程可以共享同一個線程類（線程的target類）的實(shí)例變量。

• String getName() : 獲取當(dāng)前線程的名稱；
• void run() : 線程的執(zhí)行體，線程需要完成的任務(wù)都在該方法中實(shí)現(xiàn)；
• void start() ：線程對象通過調(diào)用此方法來啟動線程；
• Thread Thread.currentThread() : 返回當(dāng)前正在執(zhí)行的線程；

通過Callable和Future創(chuàng)建線程

1. 創(chuàng)建Callable接口的實(shí)現(xiàn)類，并實(shí)現(xiàn)call()方法，該call()方法將作為線程執(zhí)行體，并且有返回值；
2. 創(chuàng)建Callable實(shí)現(xiàn)類的實(shí)例，使用FutureTask類來包裝Callable對象，該FutureTask對象封裝了該Callable對象的call()方法的返回值；
3. 使用FutureTask對象作為Thread對象的target創(chuàng)建并啟動新線程；

4. 調(diào)用FutureTask對象的get()方法來獲得子線程執(zhí)行結(jié)束后的返回值，注意不是直接調(diào)用Callable對象的call()方法獲取返回值，Callable對象的call()方法為線程的執(zhí)行體被調(diào)用；

   
   
   通過Callable和Futrue創(chuàng)建線程.png
   
   
   線程執(zhí)行結(jié)果.png
   
   

   ?從圖中可以看到當(dāng)主線程的sum變量循環(huán)到20時，程序啟動以FutureTask對象為target的線程，然后通過調(diào)用FutureTask對象的get()方法來獲得call()方法的返回值。該方法將導(dǎo)致程序的主進(jìn)程被阻塞，直到call()方法結(jié)束并返回為止。

Callable 接口方法

• V call() : 線程的執(zhí)行體，線程需要完成的任務(wù)都在該方法中實(shí)現(xiàn)，并帶有返回值；

Future接口方法

• V get() : 返回Callable對象里call()方法的返回值。調(diào)用該方法將導(dǎo)致程序阻塞，必須等待子線程結(jié)束后才回得到返回值；
• V get(long timeout, TimeUnit unit) : 返回Callable對象里call()方法的返回值。調(diào)用該方法將導(dǎo)致程序最多阻塞timeout和unit指定時間，如果經(jīng)過指定時間后，Callable任務(wù)依然沒有返回值，則拋出TimeoutException異常；
• boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) : 試圖取消Future里關(guān)聯(lián)的Callable任務(wù)；
• boolean isCancelled() : 如果在Callable任務(wù)正常完成前被取消，返回true；
• boolean isDone() : 如果Callable任務(wù)已完成，返回true；

創(chuàng)建線程三種方式的比較

采用繼承Thread類創(chuàng)建線程的優(yōu)缺點(diǎn)

• 劣勢：因?yàn)榫€程類已經(jīng)繼承了Thread類，不能在繼承別的父類；
• 優(yōu)勢：編寫簡單，如果訪問當(dāng)前線程，則無需使用Thread.currentThrend()方法，直接使用this就可獲得當(dāng)前線程；

采用實(shí)現(xiàn)Runnable，Callable接口創(chuàng)建線程的優(yōu)缺點(diǎn)

• 優(yōu)勢：線程類只實(shí)現(xiàn)了Runnable接口或Callable接口，還可以繼續(xù)繼承其他類；
• 優(yōu)勢：在這種情況下，多個進(jìn)程可以共享同一個target對象，所以非常適合多個相同的線程來處理同一份資源的情況，從而可以將CPU、代碼和數(shù)據(jù)分開，形成清晰的模型，較好的體現(xiàn)了面向?qū)ο蟮乃枷耄?/li>
• 劣勢：編程稍微復(fù)雜，如果需要訪問當(dāng)前線程，需要使用Thread.currentThrend()方法獲??；

線程狀態(tài)

• 新建狀態(tài)（NEW）
• 可運(yùn)行狀態(tài)（RUNNABLE）
• 阻塞狀態(tài)（BLOCKED）
• 等待狀態(tài)（WAITING）
• 計(jì)時等待狀態(tài)（TIMED_WAITING）
• 終止?fàn)顟B(tài)（TERMINATED）

新建狀態(tài)（NEW）

?當(dāng)用new關(guān)鍵字創(chuàng)建一個新線程時，該線程處于新建狀態(tài)。此時他和其他的Java對象一樣，僅僅由JVM為其分配內(nèi)存，并初始化成員變量的值，此時線程對象沒有表現(xiàn)出線程的動態(tài)特征，程序也不會執(zhí)行線程的執(zhí)行體。

可運(yùn)行狀態(tài)（RUNNABLE）

?當(dāng)線程對象調(diào)用了start()方法后，線程處于runnable狀態(tài)，JVM為其創(chuàng)建方法調(diào)用棧和程序計(jì)數(shù)器。處于runnable狀態(tài)的線程，可能正在運(yùn)行也可能沒有運(yùn)行，這取決于JVM里線程調(diào)度器的調(diào)度，當(dāng)線程獲得CPU時間片時，線程執(zhí)行。
?當(dāng)一個線程開始運(yùn)行時，它不可能處于一直運(yùn)行的狀態(tài)（除非它的線程執(zhí)行體足夠短，瞬間就執(zhí)行結(jié)束了）。線程在運(yùn)行過程中需要被中斷，目的是讓其他線程獲得執(zhí)行的機(jī)會，線程調(diào)度的細(xì)節(jié)依賴于操作系統(tǒng)提供的服務(wù)。

阻塞與(計(jì)時）等待狀態(tài)（BLOCKED，WAITING，TIMED_WAITING）

?當(dāng)線程處于阻塞或者等待狀態(tài)時，它暫時不活動。直到線程調(diào)度器重新激活它。細(xì)節(jié)取決于它是怎么達(dá)到非活動狀態(tài)的。

• 當(dāng)一個線程試圖獲取一個內(nèi)部的對象鎖（而不是java.util.concurrent庫中的鎖），而該鎖被其他線程持有時，則該線程進(jìn)入阻塞狀態(tài)。當(dāng)所有其他線程釋放該鎖，并且線程調(diào)度器允許本線程持有它的時候，該線程將變成非阻塞狀態(tài)。
• 當(dāng)線程等待另一個線程通知調(diào)度器一個條件時，它自己進(jìn)入等待狀態(tài)。在調(diào)用Object.wait方法或Thread.join方法，或者是等待java.util.concurrent庫中的Lock或Condition時，就會出現(xiàn)這種情況。
• 有幾個方法有一個超時參數(shù)。調(diào)用它們導(dǎo)致線程進(jìn)入計(jì)時等待狀態(tài)。這一狀態(tài)將一直保持到超時期滿或者接收到適當(dāng)?shù)耐ㄖ?。帶有超時參數(shù)的方法有Thread.sleep和Object.wait、Thread.join、Lock.tryLock以及Condition.await的計(jì)時版。

終止?fàn)顟B(tài)（TERMINATED）

?線程因如下原因之一而被終止：（當(dāng)然還有一種調(diào)用stop()方法，不過該方法已過時，不建議調(diào)用）

• 因?yàn)閞un()方法或call()方法執(zhí)行完成，結(jié)束后線程就自然死亡。

• 因?yàn)橐粋€沒有捕獲的Exception或Error而意外死亡。

  
  
  線程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（來自一哥們）.png

Thread 方法

• void join() : 等待終止指定的線程；
• void join(long millis) : 等待指定的線程死亡或者經(jīng)過指定的毫秒數(shù)；
• Thread.State getState() : 得到這一線程的狀態(tài)；NEW，RUNNABLE，BLOCKED，WAITING，TIMED_WAITING或者TERMINATED之一；

線程屬性

線程優(yōu)先級

?每個線程執(zhí)行都有一定的優(yōu)先級，優(yōu)先級高的獲得較多的執(zhí)行機(jī)會，優(yōu)先級低的執(zhí)行機(jī)會先對較少。默認(rèn)情況下，一個線程繼承它的父線程優(yōu)先級；默認(rèn)情況下，main線程具有普通優(yōu)先級，由main創(chuàng)建的線程也具普通優(yōu)先級。
?Thread類提供setPriority(int newPriority)，getPriority()方法來設(shè)置和獲取指定線程的優(yōu)先級?？梢詫?yōu)先級設(shè)置為MIN_PRIORITY（Thread類中定義為1）與MAX_PRIORITY（定義為10）之間的任何值。默認(rèn)NORM_PRIORITY被定義5。
?每當(dāng)線程調(diào)度器有機(jī)會選擇新線程時，他首先選擇具有高優(yōu)先級的線程。但是線程優(yōu)先級是高度依賴于操作系統(tǒng)的。不同操作系統(tǒng)上的優(yōu)先級并不相同，而且也不能很好的和Java的10個優(yōu)先級對應(yīng)。（例如Windows有7個優(yōu)先級。一些Java優(yōu)先級將映射到相同的操作系統(tǒng)優(yōu)先級。在Oracle為Linux提供的Java虛擬機(jī)中，線程的優(yōu)先級被忽略——所有的線程具有相同的優(yōu)先級。（來自Java核心技術(shù) 卷I））。所以應(yīng)盡量避免直接為線程指定優(yōu)先級。

Thread 方法

• void setPriority(int newPriority) : 設(shè)置線程的優(yōu)先級。優(yōu)先級必須在Thread.MIN_PRIORITY與Thread.MAX_PRIORITY之間，一般使用Thread.MIN_PRIORITY優(yōu)先級。
• static int MIN_PRIORITY : 線程的最小優(yōu)先級，最小優(yōu)先級的值為1。
• static int NORM_PRIORITY : 線程的默認(rèn)優(yōu)先級，默認(rèn)優(yōu)先級的值為5。
• static int MAX_PRIORITY : 線程的最大優(yōu)先級，最大優(yōu)先級的值為10。
• static native void yield() : 導(dǎo)致當(dāng)前執(zhí)行線程處于讓步狀態(tài)。如果其他的可運(yùn)行線程具有至少與此線程同樣高的優(yōu)先級，那么這些線程接下來會被調(diào)度。

守護(hù)線程

?可以通過調(diào)用setDaemon(true)將線程轉(zhuǎn)換為守護(hù)線程。守護(hù)線程的唯一用途就是為其它線程提供服務(wù)。當(dāng)只剩下守護(hù)線程時虛擬機(jī)就退出了，由于如果只剩下守護(hù)線程，就沒必要繼續(xù)運(yùn)行程序了。
?守護(hù)線程應(yīng)該永遠(yuǎn)不去訪問固有資源，如文件、數(shù)據(jù)庫，因?yàn)樗鼤谌魏螘r候甚至在一個操作的中間發(fā)生中斷。

Thread 方法

• void setDaemon(boolean isDaemon) : 標(biāo)示該線程為守護(hù)線程或者用戶線程。這一方法必須在線程啟動之前調(diào)用。
• boolean isDaemon() : 判斷線程是否是守護(hù)線程。

常用方法

• public synchronized void start() : 使該線程開始執(zhí)行；Java 虛擬機(jī)調(diào)用該線程的 run 方法。
• public void run() : 線程的執(zhí)行體，線程的執(zhí)行任務(wù)在該方法完成。
• public final synchronized void setName(String name) : 設(shè)置線程的名稱。
• public final void setPriority(int newPriority) : 設(shè)置線程的優(yōu)先級。
• public final void setDaemon(boolean on) : 將該線程設(shè)置為守護(hù)線程或者用戶線程。守護(hù)線程和用戶線程的區(qū)別在于：守護(hù)線程依賴于創(chuàng)建它的線程，而用戶線程則不依賴。必須在thread.start()之前設(shè)置，否則會拋出一個IllegalThreadStateException異常
• public final void join() : 等待該線程終止。
• public final synchronized void join(long millis) : 等待該線程終止的時間最長為 millis 毫秒。
• public final synchronized void join(long millis, int nanos) : 等待該線程終止，當(dāng) 999999 > nanos > 500000 時，最長等待時間為 millis + 1；當(dāng) millis = 0 && nanos != 0 ，最長等待時間為1毫秒。
• public void interrupt() : 向線程發(fā)送中斷請求。線程的中斷狀態(tài)將被設(shè)置為true。如果目前該線程被一個sleep調(diào)用阻塞，那么將拋出InterruptedException異常。
• public static boolean interrupted() : 測試當(dāng)前線程（即正在執(zhí)行這一命令的線程）是否被中斷。這一調(diào)用會產(chǎn)生副作用——它將當(dāng)前線程的中斷狀態(tài)設(shè)置為false。
• public boolean isInterrupted() : 測試線程是否被終止。這一調(diào)用不會改變線程的中斷狀態(tài)。
• public final native boolean isAlive() : 測試線程是否處于活動狀態(tài)（線程處于正在運(yùn)行或準(zhǔn)備開始運(yùn)行的狀態(tài)）。
• public static native void sleep(long millis) : 在指定的毫秒數(shù)內(nèi)讓當(dāng)前正在執(zhí)行的線程休眠（暫停執(zhí)行），此操作受到系統(tǒng)計(jì)時器和調(diào)度程序精度和準(zhǔn)確性的影響。有一點(diǎn)要非常注意，sleep方法不會釋放鎖，也就是說如果當(dāng)前線程持有對某個對象的鎖，則即使調(diào)用sleep方法，其他線程也無法訪問這個對象。如果調(diào)用了sleep方法，必須捕獲InterruptedException異?；蛘邔⒃摦惓Ｏ蛏蠈訏伋?。當(dāng)線程睡眠時間滿后，不一定會立即得到執(zhí)行，因?yàn)榇藭r可能CPU正在執(zhí)行其他的任務(wù)。所以說調(diào)用sleep方法相當(dāng)于讓線程進(jìn)入阻塞狀態(tài)。
• public static void sleep(long millis, int nanos) : 在指定的毫秒數(shù)內(nèi)讓當(dāng)前正在執(zhí)行的線程休眠（暫停執(zhí)行），當(dāng) 999999 > nanos >= 500000 時，暫停時間為 millis + 1 毫秒，當(dāng) nanos != 0 && millis == 0 暫停時間為1毫秒。
• public static native void yield() : 導(dǎo)致當(dāng)前執(zhí)行線程處于讓步狀態(tài)。如果有其他可運(yùn)行的線程具有至少與此線程同樣高的優(yōu)先級，那么這些線程接下來會被調(diào)度。調(diào)用yield方法會讓當(dāng)前線程交出CPU權(quán)限，讓CPU去執(zhí)行其他的線程。它跟sleep方法類似，同樣不會釋放鎖。但是yield不能控制具體的交出CPU的時間。調(diào)用yield方法并不會讓線程進(jìn)入阻塞狀態(tài)，而是讓線程重回就緒狀態(tài)，它只需要等待重新獲取CPU執(zhí)行時間，這一點(diǎn)是和sleep方法不一樣的。
• public static native Thread currentThread() : 返回當(dāng)前執(zhí)行線程的Thread對象。

線程面試

什么是線程？

?線程是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行運(yùn)算調(diào)度的最小單位，它被包含在進(jìn)程之中，是進(jìn)程中的實(shí)際運(yùn)作單位。

線程與進(jìn)程的區(qū)別?

?進(jìn)程是一個獨(dú)立的運(yùn)行環(huán)境，它可以被看作是一個程序或者一個應(yīng)用。而線程是在進(jìn)程中執(zhí)行的一個任務(wù)。線程是進(jìn)程的子集，一個進(jìn)程可以有很多線程，每條線程并行執(zhí)行不同的任務(wù)。不同的進(jìn)程使用不同的內(nèi)存空間，而所有的線程共享一片相同的內(nèi)存空間。別把它和棧內(nèi)存搞混，每個線程都擁有單獨(dú)的棧內(nèi)存用來存儲本地數(shù)據(jù)。

如何在Java中實(shí)現(xiàn)線程？

• 繼承Thread類；
• 實(shí)現(xiàn)Runnable接口；
• 通過Callable和Future創(chuàng)建線程；

Thread 類中的start() 和 run() 方法有什么區(qū)別？

?start()方法被用來啟動新創(chuàng)建的線程，而且start()內(nèi)部調(diào)用了run()方法，這和直接調(diào)用run()方法的效果不一樣。當(dāng)你調(diào)用run()方法的時候，只會是在原來的線程中調(diào)用，沒有新的線程啟動，start()方法才會啟動新線程。

Runnable和Callable有什么不同？

?Runnable和Callable都代表那些要在不同的線程中執(zhí)行的任務(wù)。Runnable從JDK1.0開始就有了，Callable是在JDK1.5增加的。它們的主要區(qū)別是Callable的 call() 方法可以返回值和拋出異常，而Runnable的run()方法沒有這些功能。Callable可以返回裝載有計(jì)算結(jié)果的Future對象。

Thread類的sleep()方法和對象的wait()方法都可以讓線程暫停執(zhí)行，它們有什么區(qū)別?

?sleep()方法是線程類（Thread）的靜態(tài)方法，調(diào)用此方法會讓當(dāng)前線程暫停執(zhí)行指定的時間，將執(zhí)行機(jī)會（CPU）讓給其他線程，但是對象的鎖依然保持，因此休眠時間結(jié)束后會自動恢復(fù)（線程回到就緒狀態(tài)）。wait()是Object類的方法，調(diào)用對象的wait()方法導(dǎo)致當(dāng)前線程放棄對象的鎖（線程暫停執(zhí)行），進(jìn)入對象的等待池，只有調(diào)用對象的notify()方法（或notifyAll()方法）時才能喚醒等待池中的線程進(jìn)入等鎖池，如果線程重新獲得對象的鎖就可以進(jìn)入就緒狀態(tài)。

線程的sleep()方法和yield()方法有什么區(qū)別？

• sleep()方法給其他線程運(yùn)行機(jī)會時不考慮線程的優(yōu)先級，因此會給低優(yōu)先級的線程以運(yùn)行的機(jī)會；yield()方法只會給相同優(yōu)先級或更高優(yōu)先級的線程以運(yùn)行的機(jī)會；
• 線程執(zhí)行sleep()方法后轉(zhuǎn)入阻塞狀態(tài)，而執(zhí)行yield()方法后轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)；
• sleep()方法聲明拋出InterruptedException，而yield()方法沒有聲明任何異常；
• sleep()方法比yield()方法（跟操作系統(tǒng)CPU調(diào)度相關(guān)）具有更好的可移植性。

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