在開發(fā)中我們經(jīng)常使用線程來優(yōu)化程序，提高系統(tǒng)執(zhí)行效率，今天我們就來簡單概述一下Java開發(fā)過程中需要了解的多線程知識點
一、進程與線程
進程(Process)是計算機中的程序關(guān)于某數(shù)據(jù)集合上的一次運行活動，是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的基本單位，是操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。
線程，有時被稱為輕量級進程(Lightweight Process，LWP)，是程序執(zhí)行流的最小單元。線程是程序中一個單一的順序控制流程，在單個程序中同時運行多個線程完成不同的工作，稱為多線程。
進程和線程的關(guān)系可以用下圖來描述：
二、同步與異步
對于一次方法的調(diào)用來說，同步方法調(diào)用一旦開始，就必須等待該方法的調(diào)用返回，后續(xù)的方法才可以繼續(xù)執(zhí)行;異步的話，方法調(diào)用一旦開始，就可以立即返回，調(diào)用者可以執(zhí)行后續(xù)的方法，這里的異步方法通常會在另一個線程里真實的執(zhí)行，而不會妨礙當(dāng)前線程的執(zhí)行。
三、并行與并發(fā)
并發(fā)和并行是兩個相對容易比較混淆的概念。他都可以表示在同一時間范圍內(nèi)有兩個或多個任務(wù)同時在執(zhí)行，但其在任務(wù)調(diào)度的時候還是有區(qū)別的，首先看下圖：
并發(fā)任務(wù)執(zhí)行過程：
從上圖中可以看到，兩個任務(wù)在執(zhí)行的時候，并發(fā)是沒有時間上的重疊的，兩個任務(wù)是交替執(zhí)行的，由于切換的非常快，對于外界調(diào)用者來說相當(dāng)于同一時刻多個任務(wù)一起執(zhí)行了;而并行可以看到時間上是由重疊的，也就是說并行才是真正意義上的同一時刻可以有多個任務(wù)同時執(zhí)行。
四、線程的狀態(tài)
線程從創(chuàng)建、運行到結(jié)束總是處于下面五個狀態(tài)之一：新建狀態(tài)、就緒狀態(tài)、運行狀態(tài)、阻塞狀態(tài)及死亡狀態(tài)。
1、新建狀態(tài)(New)：
當(dāng)用new操作符創(chuàng)建一個線程時，例如new Thread(r)，線程還沒有開始運行，此時線程處在新建狀態(tài)。 當(dāng)一個線程處于新生狀態(tài)時，程序還沒有開始運行線程中的代碼。
2、就緒狀態(tài)(Runnable)
一個新創(chuàng)建的線程并不自動開始運行，要執(zhí)行線程，必須調(diào)用線程的start()方法。當(dāng)線程對象調(diào)用start()方法即啟動了線程，start()方法創(chuàng)建線程運行的系統(tǒng)資源，并調(diào)度線程運行run()方法。當(dāng)start()方法返回后，線程就處于就緒狀態(tài)，處于就緒狀態(tài)的線程并不一定立即運行run()方法，線程還必須同其他線程競爭CPU時間，只有獲得CPU時間才可以運行線程。因為在單CPU的計算機系統(tǒng)中，不可能同時運行多個線程，一個時刻僅有一個線程處于運行狀態(tài)。因此此時可能有多個線程處于就緒狀態(tài)，對多個處于就緒狀態(tài)的線程是由Java運行時系統(tǒng)的線程調(diào)度程序(thread scheduler)來調(diào)度的。
3、運行狀態(tài)(Running)
當(dāng)線程獲得CPU時間后，它才進入運行狀態(tài)，真正開始執(zhí)行run()方法。
4、 阻塞狀態(tài)(Blocked)
線程運行過程中，可能由于各種原因進入阻塞狀態(tài): 1)線程通過調(diào)用sleep方法進入睡眠狀態(tài); 2)線程調(diào)用一個在I/O上被阻塞的操作，即該操作在輸入輸出操作完成之前不會返回到它的調(diào)用者; 3)線程試圖得到一個鎖，而該鎖正被其他線程持有; 4)線程在等待某個觸發(fā)條件; ...... 所謂阻塞狀態(tài)是正在運行的線程沒有運行結(jié)束，暫時讓出CPU，這時其他處于就緒狀態(tài)的線程就可以獲得CPU時間，進入運行狀態(tài)。
5、 死亡狀態(tài)(Dead)
有兩個原因會導(dǎo)致線程死亡： 1) run方法正常退出而自然死亡; 2) 一個未捕獲的異常終止了run方法而使線程猝死。 為了確定線程在當(dāng)前是否存活(就是要么是可運行的，要么是被阻塞了)，需要使用isAlive方法。如果是可運行或被阻塞，這個方法返回true; 如果線程仍舊是new狀態(tài)且不是可運行的， 或者線程死亡了，則返回false。
現(xiàn)在我們用一張圖來說明它們之間的狀態(tài)：
五、創(chuàng)建線程的三種方式
(1)繼承Thread類創(chuàng)建線程類
1、定義Thread類的子類,并重寫該類的run()方法,該run()方法的方法體就代表了線程需要完成的任務(wù).因此把run()方法稱為線程執(zhí)行體。
2、創(chuàng)建Thread子類的實例,即創(chuàng)建了線程對象。
3、調(diào)用線程對象的start()方法來啟動該線程。
方法的方法體就是主線程的線程執(zhí)行體。
可以看到Thread-0和Thread-1兩個線程的輸出的i變量不連續(xù) 注意:i變量是FirstThread的實例變量,而不是局部變量,但是因為程序每次創(chuàng)建線程對象都需要創(chuàng)建一個FirstThread對象,所以Thread-0和Thread-1不能共享該實例變量。
使用繼承Thread類的方法來創(chuàng)建線程類時,多個線程之間是無法共享線程類的實例變量。
(2) 實現(xiàn)Runnable接口創(chuàng)建線程類
1、定義Runnable接口的實現(xiàn)類,并重寫該接口的run()方法,該run()方法的方法體同樣是該線程的線程執(zhí)行體。
2、創(chuàng)建Runnable實現(xiàn)類的實例,并以此實例作為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)用線程對象的start()方法來啟動該線程。
當(dāng)線程類實現(xiàn)Runnable接口時,如果想獲取當(dāng)前線程，只能用Thread.currentThread()方法可以看到兩個子線程的i變量是連續(xù)的這是因為采用Runnable接口的方式創(chuàng)建的多個線程可以共享線程類的實例變量.是因為:程序創(chuàng)建的Runnable對象只是線程的target,而多個線程可以共享一個target,所以多個線程可以共享一個線程類(實際上應(yīng)該是線程的target類)的實例變量。
(3)使用Callable和Future創(chuàng)建線程
通過實現(xiàn)Runnable接口創(chuàng)建多線程時,Thread類的作用就是把run()方法包裝成線程執(zhí)行體.從方法可以聲明拋出的異常。
但是Callable接口并不是Runnable接口的子接口,所以Callable對象不能直接作為Thread的target.而且call()方法還有一個返回值,call()方法并不是直接調(diào)用的,它是作為線程執(zhí)行體被調(diào)用的.好在方法的返回值,并為Future接口提供了一個FutureTask實現(xiàn)類,該實現(xiàn)類既實現(xiàn)了Future接口,并實現(xiàn)了Runnable接口----可以作為Thread類的target。
在Future接口里定義了幾個公共方法來控制它關(guān)聯(lián)的Callable任務(wù)。
Callable接口有泛型限制,并且Callable接口里的泛型形參類型與call()方法返回值類型相同.而且Callable接口是函數(shù)式接口,可以用Lambda表達式創(chuàng)建Callable對象。
創(chuàng)建并啟動具有返回值的線程的步驟如下:
1、創(chuàng)建Callable接口的實現(xiàn)類,并實現(xiàn)call()方法,該call()方法將作為線程執(zhí)行體,且該call()方法有返回值,再創(chuàng)建Callable實現(xiàn)類的實例。
2、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。
(4)創(chuàng)建線程的三種方式對比
采用實現(xiàn)Runnable、Callable接口的方式創(chuàng)建多線程的優(yōu)缺點：
1、線程類只是實現(xiàn)了Runnable接口或Callable接口,還可以繼承其他類。
2、多個線程可以共享同一個target對象,非常適合多個相同線程來處理同一份資源的情況,較好的體現(xiàn)了面向?qū)ο蟮乃枷搿?/p>
3、需要訪問當(dāng)前線程,則必須使用Thread.currentThread()方法。
采用繼承Thread類的方式創(chuàng)建多線程的優(yōu)缺點：
1、因為該線程已經(jīng)繼承了Thread類,所以不能在繼承其他父類。
2、編寫簡單,如果需要訪問當(dāng)前線程,則無需使用Thread.currentThread()方法,直接使用this即可獲得當(dāng)前線程。
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