java多线程之 基本概念

一、线程的五种状态

1. 新建状态(New)         : 线程对象被创建后，就进入了新建状态。例如，Thread thread = new Thread()。
2. 就绪状态(Runnable): 也被称为“可执行状态”。线程对象被创建后，其它线程调用了该对象的start()方法，从而来启动该线程。例如，thread.start()。处于就绪状态的线程，随时可能被CPU调度执行。
3. 运行状态(Running) : 线程获取CPU权限进行执行。需要注意的是，线程只能从就绪状态进入到运行状态。
4. 阻塞状态(Blocked)  : 阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种：
    (01) 等待阻塞 -- 通过调用线程的wait()方法，让线程等待某工作的完成。
    (02) 同步阻塞 -- 线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态。
    (03) 其他阻塞 -- 通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。
5. 死亡状态(Dead)    : 线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

二、多线程的实现方式

1、通过Runnable接口，该接口中只包含了一个run()方法。它的定义如下：

public interface Runnable {

public abstract void run();

}

// RunnableTest.java 源码
class MyThread implements Runnable{
    private int ticket=10;
    public void run(){
        for(int i=0;i<20;i++){
            if(this.ticket>0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 卖票：ticket"+this.ticket--);
            }
        }
    }
}; 

public class RunnableTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread mt=new MyThread();

        // 启动3个线程t1,t2,t3(它们共用一个Runnable对象)，这3个线程一共卖10张票！
        Thread t1=new Thread(mt);
        Thread t2=new Thread(mt);
        Thread t3=new Thread(mt);
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

示例代码

Thread-0 卖票：ticket10
Thread-2 卖票：ticket8
Thread-1 卖票：ticket9
Thread-2 卖票：ticket6
Thread-0 卖票：ticket7
Thread-2 卖票：ticket4
Thread-1 卖票：ticket5
Thread-2 卖票：ticket2
Thread-0 卖票：ticket3
Thread-1 卖票：ticket1

结果

通过Thread 类。Thread本身就实现了Runnable接口。它的声明如下：

public class Thread implements Runnable {}

// ThreadTest.java 源码
class MyThread extends Thread{
    private int ticket=10;
    public void run(){
        for(int i=0;i<20;i++){
            if(this.ticket>0){
                System.out.println(this.getName()+" 卖票：ticket"+this.ticket--);
            }
        }
    }
};

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 启动3个线程t1,t2,t3；每个线程各卖10张票！
        MyThread t1=new MyThread();
        MyThread t2=new MyThread();
        MyThread t3=new MyThread();
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

示例代码

Thread-0 卖票：ticket10
Thread-1 卖票：ticket10
Thread-2 卖票：ticket10
Thread-1 卖票：ticket9
Thread-0 卖票：ticket9
Thread-1 卖票：ticket8
Thread-2 卖票：ticket9
Thread-1 卖票：ticket7
Thread-0 卖票：ticket8
Thread-1 卖票：ticket6
Thread-2 卖票：ticket8
Thread-1 卖票：ticket5
Thread-0 卖票：ticket7
Thread-1 卖票：ticket4
Thread-2 卖票：ticket7
Thread-1 卖票：ticket3
Thread-0 卖票：ticket6
Thread-1 卖票：ticket2
Thread-2 卖票：ticket6
Thread-2 卖票：ticket5
Thread-2 卖票：ticket4
Thread-1 卖票：ticket1
Thread-0 卖票：ticket5
Thread-2 卖票：ticket3
Thread-0 卖票：ticket4
Thread-2 卖票：ticket2
Thread-0 卖票：ticket3
Thread-2 卖票：ticket1
Thread-0 卖票：ticket2
Thread-0 卖票：ticket1

结果

2、Runnable和Thread方式的异同点

通过以上代码可知。Runnable可以用于“资源的共享”。即，多个线程都是基于某一个Runnable对象建立的，它们会共享Runnable对象上的资源。

3、start() 和 run()的区别说明

start() : 它的作用是启动一个新线程，新线程会执行相应的run()方法。start()不能被重复调用。
run()   : run()就和普通的成员方法一样，可以被重复调用。单独调用run()的话，会在当前线程中执行run()，而并不会启动新线程！

三、线程的等待与唤醒

1、在Object.java中，定义了wait(), notify()和notifyAll()等接口

notify()        -- 唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。
notifyAll()   -- 唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。
wait()                                         -- 让当前线程处于“等待(阻塞)状态”，“直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法”，当前线程被唤醒(进入“就绪状态”)。
wait(long timeout)                    -- 让当前线程处于“等待(阻塞)状态”，“直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法，或者超过指定的时间量”，当前线程被唤醒(进入“就绪状态”)。
wait(long timeout, int nanos)  -- 让当前线程处于“等待(阻塞)状态”，“直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法，或者其他某个线程中断当前线程，或者已超过某个实际时间量”，当前线程被唤醒(进入“就绪状态”)。

2、为什么notify(), wait()等函数定义在Object中，而不是Thread中

Object中的wait(), notify()等函数，和synchronized一样，会对“对象的同步锁”进行操作。

wait()会使“当前线程”等待，因为线程进入等待状态，所以线程应该释放它锁持有的“同步锁”，否则其它线程获取不到该“同步锁”而无法运行！ OK，线程调用wait()之后，会释放它锁持有的“同步锁”；而且，根据前面的介绍，我们知道：等待线程可以被notify()或notifyAll()唤醒。现在，请思考一个问题：notify()是依据什么唤醒等待线程的？或者说，wait()等待线程和notify()之间是通过什么关联起来的？答案是：依据“对象的同步锁”。

负责唤醒等待线程的那个线程(我们称为“唤醒线程”)，它只有在获取“该对象的同步锁”(这里的同步锁必须和等待线程的同步锁是同一个)，并且调用notify()或notifyAll()方法之后，才能唤醒等待线程。虽然，等待线程被唤醒；但是，它不能立刻执行，因为唤醒线程还持有“该对象的同步锁”。必须等到唤醒线程释放了“对象的同步锁”之后，等待线程才能获取到“对象的同步锁”进而继续运行。

总之，notify(), wait()依赖于“同步锁”，而“同步锁”是对象锁持有，并且每个对象有且仅有一个！这就是为什么notify(), wait()等函数定义在Object类，而不是Thread类中的原因。

四、线程让步yield()

yield()的作用是让步。它能让当前线程由“运行状态”进入到“就绪状态”，从而让其它具有相同优先级的等待线程获取执行权；但是，并不能保证在当前线程调用yield()之后，其它具有相同优先级的线程就一定能获得执行权；也有可能是当前线程又进入到“运行状态”继续运行！

五、线程休眠sleep()

sleep() 定义在Thread.java中。
sleep() 的作用是让当前线程休眠，即当前线程会从“运行状态”进入到“休眠(阻塞)状态”。sleep()会指定休眠时间，线程休眠的时间会大于/等于该休眠时间；在线程重新被唤醒时，它会由“阻塞状态”变成“就绪状态”，从而等待cpu的调度执行。

wait，yield，sleep比较

wait：

1、属于Object的本地方法。

2、暂停当前线程，并释放锁。

3、调用notify()或notifyAll()方法唤醒线程。

sleep：

1、Thread类的静态方法。

2、当前线程休眠，但不释放锁。

3、其他线程可以继续执行，无论该线程优先级高与否。

4、休眠一段时间后，自动执行。

yield：

1、Thread类的静态方法。

2、暗示具有相同优先级的其他线程可以使用CPU，运行。

3、没有任何机制保证当前线程会暂停运行并让出CPU。

六、join()

join() 定义在Thread.java中。
join() 的作用：让“主线程”等待“子线程”结束之后才能继续运行。

七、interrupt()和线程终止方式

// 主线程
public class Father extends Thread {
    public void run() {
        Son s = new Son();
        s.start();
        s.join();
        ...
    }
}
// 子线程
public class Son extends Thread {
    public void run() {
        ...
    }
}

示例代码

说明：
上面的有两个类Father(主线程类)和Son(子线程类)。因为Son是在Father中创建并启动的，所以，Father是主线程类，Son是子线程类。
在Father主线程中，通过new Son()新建“子线程s”。接着通过s.start()启动“子线程s”，并且调用s.join()。在调用s.join()之后，Father主线程会一直等待，直到“子线程s”运行完毕；在“子线程s”运行完毕之后，Father主线程才能接着运行。 这也就是我们所说的“join()的作用，是让主线程会等待子线程结束之后才能继续运行”！

// YieldTest.java的源码
class ThreadA extends Thread{
    public ThreadA(String name){
        super(name);
    }
    public synchronized void run(){
        for(int i=0; i <10; i++){
            System.out.printf("%s [%d]:%d\n", this.getName(), this.getPriority(), i);
            // i整除4时，调用yield
            if (i%4 == 0)
                Thread.yield();
        }
    }
} 

public class YieldTest{
    public static void main(String[] args){
        ThreadA t1 = new ThreadA("t1");
        ThreadA t2 = new ThreadA("t2");
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

示例代码

t1 [5]:0
t2 [5]:0
t1 [5]:1
t1 [5]:2
t1 [5]:3
t1 [5]:4
t1 [5]:5
t1 [5]:6
t1 [5]:7
t1 [5]:8
t1 [5]:9
t2 [5]:1
t2 [5]:2
t2 [5]:3
t2 [5]:4
t2 [5]:5
t2 [5]:6
t2 [5]:7
t2 [5]:8
t2 [5]:9

结果

结果说明：
“线程t1”在能被4整数的时候，并没有切换到“线程t2”。这表明，yield()虽然可以让线程由“运行状态”进入到“就绪状态”；但是，它不一定会让其它线程获取CPU执行权(即，其它线程进入到“运行状态”)，即使这个“其它线程”与当前调用yield()的线程具有相同的优先级。