Java并发-多线程基础

线程的定义

一个程序就是一个进程，而一个程序中的多个任务则被称为线程。

进程是表示资源分配的基本单位，线程是进程中执行运算的最小单位，亦是调度运行的基本单位。

1.多线程的所有状态都在Thread中的State枚举中定义，如下所示：

public enum State {
        /**
         * Thread state for a thread which has not yet started.
         */
        NEW,

        /**
         * Thread state for a runnable thread.  A thread in the runnable
         * state is executing in the Java virtual machine but it may
         * be waiting for other resources from the operating system
         * such as processor.
         */
        RUNNABLE,

        /**
         * Thread state for a thread blocked waiting for a monitor lock.
         * A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock
         * to enter a synchronized block/method or
         * reenter a synchronized block/method after calling
         * {@link Object#wait() Object.wait}.
         */
        BLOCKED,

        /**
         * Thread state for a waiting thread.
         * A thread is in the waiting state due to calling one of the
         * following methods:
         * <ul>
         *   <li>{@link Object#wait() Object.wait} with no timeout</li>
         *   <li>{@link #join() Thread.join} with no timeout</li>
         *   <li>{@link LockSupport#park() LockSupport.park}</li>
         * </ul>
         *
         * <p>A thread in the waiting state is waiting for another thread to
         * perform a particular action.
         *
         * For example, a thread that has called <tt>Object.wait()</tt>
         * on an object is waiting for another thread to call
         * <tt>Object.notify()</tt> or <tt>Object.notifyAll()</tt> on
         * that object. A thread that has called <tt>Thread.join()</tt>
         * is waiting for a specified thread to terminate.
         */
        WAITING,

        /**
         * Thread state for a waiting thread with a specified waiting time.
         * A thread is in the timed waiting state due to calling one of
         * the following methods with a specified positive waiting time:
         * <ul>
         *   <li>{@link #sleep Thread.sleep}</li>
         *   <li>{@link Object#wait(long) Object.wait} with timeout</li>
         *   <li>{@link #join(long) Thread.join} with timeout</li>
         *   <li>{@link LockSupport#parkNanos LockSupport.parkNanos}</li>
         *   <li>{@link LockSupport#parkUntil LockSupport.parkUntil}</li>
         * </ul>
         */
        TIMED_WAITING,

        /**
         * Thread state for a terminated thread.
         * The thread has completed execution.
         */
        TERMINATED;
    }

2.绘制一张简单的状态图，观察一下线程的生命周期

3.多线程的几种状态

　　New状态表示刚刚开始，这种线程还没有开始执行。等到线程的start()方法调用时，才表示线程开始执行。

　　当线程执行时，处于RUNNABLE状态，表示线程所需的一切资源都已经准备好了。

　　当线程在执行过程中遇到了synchronized同步块，就会进入BLOCKED阻塞状态。这时线程就会暂停执行，直到获得请求的锁。

　　WAITING和TIME_WAITING都表示等待状态，它们的区别是WAITING会进入一个无时间限制的等待，TIME_WAITING会进行一个有限的等待。

　　wait()方法等待的线程在等待notify()方法，而通过join()方法等待的线程则会等待目标线程的终止。

　　当线程执行完毕后，则进入TERMINATED状态，表示结束。

4.线程常用方法

方法	说明
setPriority(int newPriority)	更改线程的优先级
static void sleep(long millis)	在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠
void join()	等待该线程终止
static void yield()	暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程
void stop()	线程中断，已被弃用，因为它是直接中断，相当于直接给你停电，这种方式太暴力，不安全
void interrupt()	中断线程，非直接中断，而是将当前线程标志为中断标记，只是一个标记
boolean isAlive()	测试线程是否处于活动状态

5.停止线程：

• 不推荐使用JDK提供的stop()、destroy()方法。【已弃用】
• 推荐线程自己停止下来
• 建议使用一个标志位进行终止变量，当flag=false时，则终止线程运行；换句话说就是一个变量控制是否线程还要继续；当线程需要停止的时候，flag=false；让这个线程正常结束。

public class ThreadSafe extends Thread {
    public volatile boolean exit = false; 
        public void run() { 
        while (!exit){
            //do something
        }
    } 
}

6.线程休眠：

• sleep(时间)指定当前线程阻塞的毫秒数；
• sleep存在异常InterruptedException；
• sleep时间达到后线程进入就绪状态；
• sleep可以模拟网络延时，倒计时等；
• 每个对象都有一个锁，sleep不会释放锁;

线程休眠 实例代码：

/**
 * desc   : 模拟网络延时：方法问题的发生性(多个线程同时操作同一个资源对象时，是线程不安全的)
 * version: 1.0
 */
public class TestDemo implements Runnable {
    //票数
    private int ticketNums = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticketNums <= 0) {
                break;
            }
            //模拟延时
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 拿到了第：" + ticketNums-- + " 张票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        TestDemo testSleep = new TestDemo();

        new Thread(testSleep, "小明").start();
        new Thread(testSleep, "老师").start();
        new Thread(testSleep, "黄牛党").start();
    }
}

运行结果：

出现-1张票，所以多个线程同时操作同一个资源对象，是不安全的。

7.线程礼让：

• 礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
• 将线程从运行状态转为就绪状态
• 让CPU重新调度，礼让不一定成功！看CPU心情

线程礼让 实例代码：

/**
 * desc   : 测试礼让线程
 * <p>
 * 礼让不一定成功，看CPU心情
 * version: 1.0
 */
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyYield myYield = new MyYield();
        new Thread(myYield, "a").start();
        new Thread(myYield, "b").start();
    }
}

class MyYield implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程开始执行");
        Thread.yield();//礼让
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程停止执行");
    }
}

运行结果：

所以礼让，有可能成功，有可能不成功。

8.合并线程：

• Join合并线程，待此线程执行完成后，再执行其他线程，其他线程阻塞。
• 可以想象成插队。
• 会让线程阻塞，尽量少用

线程合并 实例代码：

/**
 * desc   : 测试Join方法，想象成插队，非常霸道
 * version: 1.0
 */
public class TestDemo implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("线程Vip来了" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //启动我们的线程
        TestDemo testJoin = new TestDemo();
        Thread thread = new Thread(testJoin);
        thread.start();

        //主线程
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            if (i == 200) {
                thread.join();//插队（这里一插队，就是当主线程执行到i==200的时候，就让子线程去执行打印“线程Vip来了”，必须等插队的那个子线程打印100条“线程Vip”执行完了，再继续执行主线程没有执行完的语句。）
            }
            System.out.println("main" + i);
        }
    }
}

9.线程状态观测：

• Thread.State

　　线程状态。线程可以处于以下状态之一：

• NEW  尚未启动的线程处于此状态
• RUNNABLE  在Java虚拟机中执行的线程处于此状态
• BLOCKED  被阻塞等待监视器锁定的线程处于此状态
• WAITING  正在等待另一个线程执行特定动作的线程处于此状态
• TIMED_WAITING  正在等待另一个线程执行动作达到指定等待时间的线程处于此状态
• TERMINATED  已退出的线程处于此状态

一个线程可以在给定的时间点处于一个状态。这些状态是不反应任何操作系统线程状态的虚拟机状态。

线程状态观测 实例代码：

/**
 * desc   : 观察测试线程的状态
 * version: 1.0
 */
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("///////");
            }
        });

        //观察状态
        Thread.State state = thread.getState();
        System.out.println(state);//NEW

        //观察启动后
        thread.start();
        state = thread.getState();
        System.out.println(state);//Run

        while (state != Thread.State.TERMINATED) {//只要线程不终止，就一直输出
            Thread.sleep(100);
            state = thread.getState();//更新线程状态
            System.out.println(state);//输出状态
        }
    }
}

运行结果：

需要注意的是，死亡之后的线程是不能再次启动，否则会报错。

10.线程优先级：

• Java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行。
• 线程的优先级用数字表示，范围从1~10.

　　　　Thread.MIN_PRIORITY=1;

　　　　Thread.MAX_PRIORITY=10;

　　　　Thread.NORM_PRIORITY=5;

• 使用一下方式改变或获取优先级

　　　　getPriority(); setPriority(int xxx)

线程优先级 实例代码：

/**
 * desc   : 测试线程的优先级
 * version: 1.0
 */
public class TestDemo extends Thread {
    public static void main(String[] args) {
        //主线程 默认优先级 为5
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + Thread.currentThread().getPriority());

        MyPriority myPriority = new MyPriority();

        Thread thread1 = new Thread(myPriority);
        Thread thread2 = new Thread(myPriority);
        Thread thread3 = new Thread(myPriority);

        //先设置优先级，再启动，不设置优先级，默认为5
        thread1.start();

        thread2.setPriority(3);
        thread2.start();

        thread3.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//MAX_PRIORITY = 10
        thread3.start();
    }
}

class MyPriority implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + Thread.currentThread().getPriority());
    }
}

运行结果：

可以看到，设置优先级，但却不一定说优先级高的就一定能先执行。因为优先级低的线程，只是说它被CPU调度的概率低，并不是说优先级低就不会被调度到，这个决定权还是得看CPU。

11.守护线程（daemon）：

• 线程分为用户线程和守护线程
• 虚拟机必须确保用户线程执行完毕
• 虚拟机不用等待守护线程执行完毕
• 如：后台记录操作日志，监控内存，垃圾回收等待..

可以通过setDaemon(true)把线程设置成守护线程， 默认是false，表示用户线程，正常的线程都是用户线程。

守护线程 实例代码：

public class TestDemo {


    /**
     * desc   : 测试守护线程
     * <p>
     * version: 1.0
     */

    public static void main(String[] args) {
        God god = new God();
        You you = new You();

        Thread thread = new Thread(god);
        thread.setDaemon(true);//默认是false，表示用户线程，正常的线程都是用户线程
        thread.start();//上帝 守护线程启动...

        new Thread(you).start();//你 用户线程启动...
    }
}

//上帝
class God implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        while (true) {//因为虚拟机不用等待守护线程执行完毕，所以这里直接给了一个true条件
            System.out.println("上帝保佑着你");
        }
    }
}

//你
class You implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            System.out.println("你一生都开心地或者");
        }
        System.out.println("=======goodbye! world!======");//hello ,world
    }
}

程序只要当用户线程执行完毕后，就会停止，程序不会根据守护线程是否执行完毕，而是根据用户线程，用户线程执行完了，程序也就结束了。