Java线程和多线程（一）——线程的基本概念

Java 线程是一个轻量级执行任务的处理单元。Java提供了Thread类来支持多线程，开发者在应用中可以创建多个线程来支持并发执行任务。

在应用中存在两种类型的线程，用户线程和守护线程。当我们启动应用的时候，main函数是第一个启动的用户线程，开发者可以在之后自由的创建用户线程。当所有的线程执行完毕，JVM会终结掉程序。

开发者也可以配置不同线程的优先级，但是这并不代表更高优先级的线程会比低优先级的线程先执行。因为线程的执行取决于线程调度器，而线程调度器的实现是基于操作系统的。当一个线程启动后，它的执行便交给了操作系统的线程调度器，JVM不再拥有其控制的权限。

开发者可以通过实现Runnable接口，或者是继承Thread类来实现多线程。

Thread t = new Thread(new Runnable(){
    @Override
    public void run() {
    }
});

上面的代码就是最简单的用来创建线程的方式，其中，我们使用到了Runnable的匿名类。

Java线程

进程和线程是执行的基本单元。Java的并发编程更为关注的是线程。

进程

进程是一个包含了所有执行环境的单元，可以将其看作为一个程序或者应用。然而程序本身内部也可能包含多个进程。Java的运行环境是作为一个单独的线程来工作的，但其内部包含了不同的类以及程序。

线程

线程也被称作轻量级的进程。线程要求的资源更少，并且存在于进程之中，所有的线程共享进程的资源。

Java多线程

每一个Java的应用都至少包含一个线程——主线程。尽管后台也会存在一些其他的线程，例如内存管理，系统管理，信号处理等等，但是从应用来看，主函数是第一个线程，并且我们可以从其中创建多个线程。

多线程指的是2个或者更多的线程来在一个程序中并发地执行任务。单处理的电脑只能在同一时间执行一个线程，时间分片是操作系统给不同的进程线程用来共享处理器时间的。

线程的优点

• 线程与进程相比更为轻量级，创建线程的资源远远少于进程。
• 线程共享其父进程的数据和代码。
• 线程间的上下文切换的代价比进程间上下文的切换代价小很多。
• 线程之间的交互相对于进程来说更为简单。

Java提供了两种方式来创建线程。

• 实现java.lang.Runnable接口
• 继承java.lang.Thread类

Thread VS Runnable

因为Java为单继承模式，实现Runnable接口更为实用，因为Java支持实现多个接口，但是如果继承了Thread，就无法继承其他的类了。

Java线程休眠

java.lang.Thread提供了一个sleep()方法可以用来暂停线程指定的毫秒数。其参数不能为负值，否则会抛出IllegalArgumentException。

当然，还有sleep(long millis, int nanos)是sleep()函数的一个重载函数，这个函数可以指定精确到纳秒级，其中，纳秒参数值在0~999999之间。

下面的例子是调用Thread.sleep()的一个例子，等待时间为2秒。

public class ThreadSleep {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        long start = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println("Sleep time in ms = "+(System.currentTimeMillis()-start));
    }
}

当然，如果读者运行程序的话，会发现实际运行的时间是多余2000毫秒的，这都是基于操作系统的线程调度器。

线程休眠关键点

• sleep()会暂停当前的线程执行。
• 实际的休眠时间取决于操作系统的定时器以及调度器，对于一个空闲的系统来说，休眠的时间很接近实际的执行时间，但是对于一个繁忙的系统来说，休眠时间会多一些。
• 线程休眠不会丢失信息，或者锁定当前线程获得的信息。
• 其他的线程都可以打断当前线程的sleep，那样的话会抛出InterruptedException。

线程休眠的原理

Thread.sleep()是和线程调度器来进行交互实现的，该函数会将当前的线程状态置为等待状态指定的时间，一旦等待的时间结束了，线程的状态会重新变为Runnable状态，等待CPU的执行。所以时间线程休眠的时间是跟操作系统的线程调度器相关的。

Java线程的Join

Java Thread Join:该方法用来暂停其他进程的执行，直到当前的线程死亡。一下有3个重载的方法。

• public final void join()：这个方法会将当前执行的线程置于等待状态，直到调用join方法的线程的执行结束。如果线程被中断，会抛出InterruptedException.
• public final synchronized void join(long millis)：这个join方法是用来等待调用的线程死亡或者是指定的毫秒数。因为线程的执行是依赖于操作系统的实现的，这个操作也不能保证配置的时间为当前线程等待的精确时间。
• public final synchronized void join(long millis, int nanos)：该join方法和上面的方法类似，不过可配参数为毫秒和纳秒的组合。

下面的例子展示了Thread.join方法的一些用法。程序的目标是为了确保主线程是最后一个结束的线程，第三个线程要在第一个线程死亡后才开始执行。

package com.sapphire.threads;

public class ThreadJoinExample {

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(new MyRunnable(), "t1");
        Thread t2 = new Thread(new MyRunnable(), "t2");
        Thread t3 = new Thread(new MyRunnable(), "t3");

        t1.start();

        //start second thread after waiting for 2 seconds or if it's dead
        try {
            t1.join(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        t2.start();

        //start third thread only when first thread is dead
        try {
            t1.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        t3.start();

        //let all threads finish execution before finishing main thread
        try {
            t1.join();
            t2.join();
            t3.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("All threads are dead, exiting main thread");
    }

}

class MyRunnable implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Thread started:::"+Thread.currentThread().getName());
        try {
            Thread.sleep(4000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Thread ended:::"+Thread.currentThread().getName());
    }

}

输出的结果为：

Thread started:::t1
Thread started:::t2
Thread ended:::t1
Thread started:::t3
Thread ended:::t2
Thread ended:::t3
All threads are dead, exiting main thread

上面的例子大体可以看出join方法的作用，自定义的线程执行时间为4000ms，因为线程1join了2秒，所以线程1跟2均启动了，然后线程1重新join，造成了线程3是在线程1执行之后才启动的。之后因为线程2和线程3都进行了join，所以主线程在最后才结束。

线程状态

下图中展示了Java线程中不同的状态，需要注意的是，当开发者可以创建线程并启动，但是线程的状态如何从Runnable到Running到Blocked等状态，是取决于OS中的线程调度算法的，Java本身并不能完全控制。

New

当开发者使用new操作符来创建一个Thread的时候，线程本身的状态就是New的状态。在这个时候，线程还没有开始存活，这个状态属于Java编程范围内的一个内部状态。

Runnable

当开发者调用Thread的实例方法start()以后，线程的状态就从New状态变成了Runnable，这个时候，线程的控制权就交给了操作系统的线程调度器来继续线程的执行。是立刻执行该线程，还是将其扔到线程池等待运行就取决于操作系统的线程调度算法了。

Running

当线程正在执行时，其状态就变成了Running状态。线程调度器从线程池中会挑选一个Runnable状态的线程，将其状态改为Running然后由CPU开始执行该线程。线程根据时间的分片情况，比如完成线程方法或者等待资源等，可以将其状态改为Runnable，Dead或者Blocked等。

Blocked/Waiting

线程可以处于Waiting状态直到其他线程调用Thread.join()或者直到一些资源有效。比如，生产者消费者问题或者是等待唤醒或者是IO资源等，这个时候线程的状态是Waiting状态。一旦线程的等待状态结束了，其状态会重新变成Runnable，回到Runnable的线程池之中。

Dead

一旦线程完成了执行，其状态会变成Dead并且认为线程死亡。