多線程作為Java中很重要的一個知識點,在此還是有必要總結一下的。
一.線程的生命周期及五種基本狀態
關於Java中線程的生命周期,首先看一下下面這張較為經典的圖:
上圖中基本上囊括了Java中多線程各重要知識點。掌握了上圖中的各知識點,Java中的多線程也就基本上掌握了。主要包括:
Java線程具有五中基本狀態
新建狀態(New):當線程對象對創建後,即進入了新建狀態,如:Thread t = new MyThread();
就緒狀態(Runnable):當調用線程對象的start()方法(t.start();),線程即進入就緒狀態。處於就緒狀態的線程,只是說明此線程已經做好了准備,隨時等待CPU調度執行,並不是說執行了t.start()此線程立即就會執行;
運行狀態(Running):當CPU開始調度處於就緒狀態的線程時,此時線程才得以真正執行,即進入到運行狀態。注:就 緒狀態是進入到運行狀態的唯一入口,也就是說,線程要想進入運行狀態執行,首先必須處於就緒狀態中;
阻塞狀態(Blocked):處於運行狀態中的線程由於某種原因,暫時放棄對CPU的使用權,停止執行,此時進入阻塞狀態,直到其進入到就緒狀態,才 有機會再次被CPU調用以進入到運行狀態。根據阻塞產生的原因不同,阻塞狀態又可以分為三種:
1.等待阻塞:運行狀態中的線程執行wait()方法,使本線程進入到等待阻塞狀態;
2.同步阻塞 -- 線程在獲取synchronized同步鎖失敗(因為鎖被其它線程所占用),它會進入同步阻塞狀態;
3.其他阻塞 -- 通過調用線程的sleep()或join()或發出了I/O請求時,線程會進入到阻塞狀態。當sleep()狀態超時、join()等待線程終止或者超時、或者I/O處理完畢時,線程重新轉入就緒狀態。
死亡狀態(Dead):線程執行完了或者因異常退出了run()方法,該線程結束生命周期。
二. Java多線程的創建及啟動
Java中線程的創建常見有如三種基本形式
1.繼承Thread類,重寫該類的run()方法。
1 class MyThread extends Thread { 2 3 private int i = 0; 4 5 @Override 6 public void run() { 7 for (i = 0; i < 100; i++) { 8 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); 9 } 10 } 11 }
1 public class ThreadTest { 2 3 public static void main(String[] args) { 4 for (int i = 0; i < 100; i++) { 5 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); 6 if (i == 30) { 7 Thread myThread1 = new MyThread(); // 創建一個新的線程 myThread1 此線程進入新建狀態 8 Thread myThread2 = new MyThread(); // 創建一個新的線程 myThread2 此線程進入新建狀態 9 myThread1.start(); // 調用start()方法使得線程進入就緒狀態 10 myThread2.start(); // 調用start()方法使得線程進入就緒狀態 11 } 12 } 13 } 14 }
如上所示,繼承Thread類,通過重寫run()方法定義了一個新的線程類MyThread,其中run()方法的方法體代表了線程需要完成的任務,稱之為線程執行體。當創建此線程類對象時一個新的線程得以創建,並進入到線程新建狀態。通過調用線程對象引用的start()方法,使得該線程進入到就緒狀態,此時此線程並不一定會馬上得以執行,這取決於CPU調度時機。
2.實現Runnable接口,並重寫該接口的run()方法,該run()方法同樣是線程執行體,創建Runnable實現類的實例,並以此實例作為Thread類的target來創建Thread對象,該Thread對象才是真正的線程對象。
1 class MyRunnable implements Runnable { 2 private int i = 0; 3 4 @Override 5 public void run() { 6 for (i = 0; i < 100; i++) { 7 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); 8 } 9 } 10 }
1 public class ThreadTest { 2 3 public static void main(String[] args) { 4 for (int i = 0; i < 100; i++) { 5 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); 6 if (i == 30) { 7 Runnable myRunnable = new MyRunnable(); // 創建一個Runnable實現類的對象 8 Thread thread1 = new Thread(myRunnable); // 將myRunnable作為Thread target創建新的線程 9 Thread thread2 = new Thread(myRunnable); 10 thread1.start(); // 調用start()方法使得線程進入就緒狀態 11 thread2.start(); 12 } 13 } 14 } 15 }
相信以上兩種創建新線程的方式大家都很熟悉了,那麼Thread和Runnable之間到底是什麼關系呢?我們首先來看一下下面這個例子。
1 public class ThreadTest { 2 3 public static void main(String[] args) { 4 for (int i = 0; i < 100; i++) { 5 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); 6 if (i == 30) { 7 Runnable myRunnable = new MyRunnable(); 8 Thread thread = new MyThread(myRunnable); 9 thread.start(); 10 } 11 } 12 } 13 } 14 15 class MyRunnable implements Runnable { 16 private int i = 0; 17 18 @Override 19 public void run() { 20 System.out.println("in MyRunnable run"); 21 for (i = 0; i < 100; i++) { 22 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); 23 } 24 } 25 } 26 27 class MyThread extends Thread { 28 29 private int i = 0; 30 31 public MyThread(Runnable runnable){ 32 super(runnable); 33 } 34 35 @Override 36 public void run() { 37 System.out.println("in MyThread run"); 38 for (i = 0; i < 100; i++) { 39 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); 40 } 41 } 42 }
同樣的,與實現Runnable接口創建線程方式相似,不同的地方在於
1 Thread thread = new MyThread(myRunnable);
那麼這種方式可以順利創建出一個新的線程麼?答案是肯定的。至於此時的線程執行體到底是MyRunnable接口中的run()方法還是MyThread類中的run()方法呢?通過輸出我們知道線程執行體是MyThread類中的run()方法。其實原因很簡單,因為Thread類本身也是實現了Runnable接口,而run()方法最先是在Runnable接口中定義的方法。
1 public interface Runnable { 2 3 public abstract void run(); 4 5 }
我們看一下Thread類中對Runnable接口中run()方法的實現:
@Override public void run() { if (target != null) { target.run(); } }
也就是說,當執行到Thread類中的run()方法時,會首先判斷target是否存在,存在則執行target中的run()方法,也就是實現了Runnable接口並重寫了run()方法的類中的run()方法。但是上述給到的列子中,由於多態的存在,根本就沒有執行到Thread類中的run()方法,而是直接先執行了運行時類型即MyThread類中的run()方法。
3.使用Callable和Future接口創建線程。具體是創建Callable接口的實現類,並實現clall()方法。並使用FutureTask類來包裝Callable實現類的對象,且以此FutureTask對象作為Thread對象的target來創建線程。
看著好像有點復雜,直接來看一個例子就清晰了。
1 public class ThreadTest { 2 3 public static void main(String[] args) { 4 5 Callable<Integer> myCallable = new MyCallable(); // 創建MyCallable對象 6 FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<Integer>(myCallable); //使用FutureTask來包裝MyCallable對象 7 8 for (int i = 0; i < 100; i++) { 9 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); 10 if (i == 30) { 11 Thread thread = new Thread(ft); //FutureTask對象作為Thread對象的target創建新的線程 12 thread.start(); //線程進入到就緒狀態 13 } 14 } 15 16 System.out.println("主線程for循環執行完畢.."); 17 18 try { 19 int sum = ft.get(); //取得新創建的新線程中的call()方法返回的結果 20 System.out.println("sum = " + sum); 21 } catch (InterruptedException e) { 22 e.printStackTrace(); 23 } catch (ExecutionException e) { 24 e.printStackTrace(); 25 } 26 27 } 28 } 29 30 31 class MyCallable implements Callable<Integer> { 32 private int i = 0; 33 34 // 與run()方法不同的是,call()方法具有返回值 35 @Override 36 public Integer call() { 37 int sum = 0; 38 for (; i < 100; i++) { 39 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); 40 sum += i; 41 } 42 return sum; 43 } 44 45 }
首先,我們發現,在實現Callable接口中,此時不再是run()方法了,而是call()方法,此call()方法作為線程執行體,同時還具有返回值!在創建新的線程時,是通過FutureTask來包裝MyCallable對象,同時作為了Thread對象的target。那麼看下FutureTask類的定義:
1 public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> { 2 3 //.... 4 5 }
1 public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> { 2 3 void run(); 4 5 }
於是,我們發現FutureTask類實際上是同時實現了Runnable和Future接口,由此才使得其具有Future和Runnable雙重特性。通過Runnable特性,可以作為Thread對象的target,而Future特性,使得其可以取得新創建線程中的call()方法的返回值。
執行下此程序,我們發現sum = 4950永遠都是最後輸出的。而“主線程for循環執行完畢..”則很可能是在子線程循環中間輸出。由CPU的線程調度機制,我們知道,“主線程for循環執行完畢..”的輸出時機是沒有任何問題的,那麼為什麼sum =4950會永遠最後輸出呢?
原因在於通過ft.get()方法獲取子線程call()方法的返回值時,當子線程此方法還未執行完畢,ft.get()方法會一直阻塞,直到call()方法執行完畢才能取到返回值。
上述主要講解了三種常見的線程創建方式,對於線程的啟動而言,都是調用線程對象的start()方法,需要特別注意的是:不能對同一線程對象兩次調用start()方法。
三. Java多線程的就緒、運行和死亡狀態
就緒狀態轉換為運行狀態:當此線程得到處理器資源;
運行狀態轉換為就緒狀態:當此線程主動調用yield()方法或在運行過程中失去處理器資源。
運行狀態轉換為死亡狀態:當此線程線程執行體執行完畢或發生了異常。
此處需要特別注意的是:當調用線程的yield()方法時,線程從運行狀態轉換為就緒狀態,但接下來CPU調度就緒狀態中的哪個線程具有一定的隨機性,因此,可能會出現A線程調用了yield()方法後,接下來CPU仍然調度了A線程的情況。
由於實際的業務需要,常常會遇到需要在特定時機終止某一線程的運行,使其進入到死亡狀態。目前最通用的做法是設置一boolean型的變量,當條件滿足時,使線程執行體快速執行完畢。如:
1 public class ThreadTest { 2 3 public static void main(String[] args) { 4 5 MyRunnable myRunnable = new MyRunnable(); 6 Thread thread = new Thread(myRunnable); 7 8 for (int i = 0; i < 100; i++) { 9 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); 10 if (i == 30) { 11 thread.start(); 12 } 13 if(i == 40){ 14 myRunnable.stopThread(); 15 } 16 } 17 } 18 } 19 20 class MyRunnable implements Runnable { 21 22 private boolean stop; 23 24 @Override 25 public void run() { 26 for (int i = 0; i < 100 && !stop; i++) { 27 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); 28 } 29 } 30 31 public void stopThread() { 32 this.stop = true; 33 } 34 35 }