Java多線程基礎知識篇

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這篇是Java多線程基本用法的一個總結。 本篇文章會從一下幾個方面來說明Java多線程的基本用法： 1. 如何使用多線程 2. 如何得到多線程的一些信息 3. 如何停止線程 4. 如何暫停線程 5. 線程的一些其他用法 所有的代碼均可以在 "char01" 如何使用多線程 啟動線程的兩種方式 Jav ...


這篇是Java多線程基本用法的一個總結。
本篇文章會從一下幾個方面來說明Java多線程的基本用法：

  1. 如何使用多線程
  2. 如何得到多線程的一些信息
  3. 如何停止線程
  4. 如何暫停線程
  5. 線程的一些其他用法

所有的代碼均可以在char01

如何使用多線程

啟動線程的兩種方式

Java 提供了2種方式來使用多線程， 一種是編寫一個類來繼承Thread,然後覆寫run方法，然後調用start方法來啟動線程。這時這個類就會以另一個線程的方式來運行run方法裡面的代碼。另一種是編寫一個類來實現Runnable介面，然後實現介面方法run，然後創造一個Thread對象，把實現了Runnable介面的類當做構造參數，傳入Thread對象，最後該Thread對象調用start方法。
這裡的start方法是一個有啟動功能的方法，該方法內部回調run方法。所以，只有調用了start方法才會啟動另一個線程，直接調用run方法，還是在同一個線程中執行run，而不是在另一個線程執行run
此外，start方法只是告訴虛擬機，該線程可以啟動了，也就說該線程在就緒的狀態，但不代表調用start就立即運行了，這要等待JVM來決定什麼時候執行這個線程。也就是說，如果有兩個線程A,B ，A先調用start，B後調用start，不代表A線程先運行，B線程後運行。這都是由JVM決定了，可以認為是隨機啟動。
下麵我們用實際的代碼，來說明兩種啟動線程的方式：
第一種，繼承Thread

public class ExampleThread extends Thread{

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        System.out.println("這是一個繼承自Thread的ExampleThread");
    }
}

測試的代碼可以看test目錄下的ExampleThreadTest類
另一種，實現了Runnable介面

public class ExampleRunable  implements Runnable{

    public void run() {
        System.out.println("這是實現Runnable介面的類");
    }
}

測試的代碼可以看test目錄下的ExampleRunableTest類。

如何得到多線程的一些信息

我們在啟動多線程之後，希望能通過一些API得到啟動的線程的一些信息。JDK給我們提供了一個Thread類的方法來得到線程的一些信息。

  • 線程的名字 —— getName()
  • 線程的ID —— getId()
  • 線程是否存活 —— isAlive()

得到線程的名字

這些方法是屬於Thread的內部方法，所以我們可以用兩種方式調用這些方法，一個是我們的類繼承Thread來使用多線程的時候，可以用過this來調用。另一種是通過Thread.currentThread() 來調用這些方法。但是這兩個方法在不同的使用場景下是有區別的。
我們先簡單來看兩個方法的使用。
第一個Thread.currentThread()的使用，代碼如下：

public class ExampleCurrentThread extends Thread{

    public ExampleCurrentThread(){
        System.out.println("構造方法的列印：" + Thread.currentThread().getName());
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        System.out.println("run方法的列印：" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

測試的代碼如下：

public class ExampleCurrentThreadTest extends TestCase {

    public void testInit() throws Exception{
        ExampleCurrentThread thread = new ExampleCurrentThread();
    }

    public void testRun() throws Exception {
        ExampleCurrentThread thread = new ExampleCurrentThread();
        thread.start();
        Thread.sleep(1000);
    }
}

結果如下：

構造方法的列印：main
run方法的列印：Thread-0
構造方法的列印：main

為什麼我們在ExampleCurrentThread內部用Thread.currentThread()會顯示構造方法的列印是main，是因為Thread.currentThread()返回的是代碼段正在被那個線程調用的信息。這裡面很顯然構造方法是被main線程執行的，而run方法是被我們自己啟動的線程執行的，因為沒有給他起名字，所以預設是Thread-0。
接下來，我們在看一看繼承自Thread，用this調用。

public class ComplexCurrentThread extends Thread{

    public ComplexCurrentThread() {
        System.out.println("begin=========");
        System.out.println("Thread.currentThread().getName=" + Thread.currentThread().getName());

        System.out.println("this.getName()=" + this.getName());
        System.out.println("end===========");
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        System.out.println("run begin=======");
        System.out.println("Thread.currentThread().getName=" + Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("this.getName()=" + this.getName());
        System.out.println("run end==========");
    }
}

測試代碼如下：

public class ComplexCurrentThreadTest extends TestCase {
    public void testRun() throws Exception {
        ComplexCurrentThread thread = new ComplexCurrentThread();
        thread.setName("byhieg");
        thread.start();

        Thread.sleep(3000);
    }
}

結果如下：

begin=========
Thread.currentThread().getName=main
this.getName()=Thread-0
end===========
run begin=======
Thread.currentThread().getName=byhieg
this.getName()=byhieg
run end==========

首先在創建對象的時候，構造器還是被main線程所執行，所以Thread.currentThread()得到的就是Main線程的名字，但是this方法指的是調用方法的那個對象，也就是ComplexCurrentThread的線程信息，還沒有setName,所以是預設的名字。然後run方法無論是Thread.currentThread()還是this返回的都是設置了byhieg名字的線程信息。
所以Thread.currentThread指的是具體執行這個代碼塊的線程信息。構造器是main執行的，而run方法則是哪個線程start，哪個線程執行run。這麼看來，this能得到的信息是不准確的，因為如果我們在run中執行了this.getName()，但是run方法卻是由另一個線程start的，我們是無法通過this.getName得到運行run方法的新城的信息的。而且只有繼承了Thread的類才能有getName等方法，這對於Java沒有多繼承的特性語言來說，是個災難。所有後面凡是要得到線程的信息，我們都用Thread.currentThread()來調用API。

得到線程的ID

調用getID取得線程的唯一標識。這個和上面的getName用法一致，沒什麼好說的，可以直接看ExampleIdThread和他的測試類ExampleIdThreadTest。
所有的代碼均可以在char01

判斷線程是否存活

方法isAlive()的作用是測試線程是否處於活動狀態。所謂活動狀態，就是線程已經啟動但是沒有終止。即該線程start之後，被認為是存活的。
我們看一下具體的例子：

public class AliveThread extends Thread{

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        System.out.println("run方法中是否存活" + "   "  + Thread.currentThread().isAlive());
    }
}

測試方法如下：

public class AliveThreadTest extends TestCase {
    public void testRun() throws Exception {
        AliveThread thread = new AliveThread();
        System.out.println("begin == " + thread.isAlive());
        thread.start();
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("end ==" + thread.isAlive());

        Thread.sleep(3000);
    }
}

結果如下：

begin == false
run方法中是否存活   true
end ==false

我們可以發現在start之前，該線程被認為是沒有存活，然後run的時候，是存活的，等run方法執行完，又被認為是不存活的。

如何停止線程

判斷線程是否終止

JDK提供了一些方法來判斷線程是否終止 —— isInterrupted()和interrupted()

停止線程的方式

這個是得到線程信息中比較重要的一個方法了，因為這個和終止線程的方法相關聯。先說一下終止線程的幾種方式：

  1. 等待run方法執行完
  2. 線程對象調用stop()
  3. 線程對象調用interrupt(),在該線程的run方法中判斷是否終止，拋出一個終止異常終止。
  4. 線程對象調用interrupt(),在該線程的run方法中判斷是否終止，以return語句結束。

第一種就不說了，第二種stop()方法已經廢棄了，因為可能會產生如下原因：

  1. 強制結束線程，該線程應該做的清理工作，無法完成。
  2. 強制結束線程，該線程已操作的加鎖對象強制解鎖，造成數據不一致。
    具體的例子可以看StopLockThread以及他的測試類StopLockThreadTest

第三種，是目前推薦的終止方法，調用interrupt,然後在run方法中判斷是否終止。判斷終止的方式有兩種，一種是Thread類的靜態方法interrupted(),另一種是Thread的成員方法isInterrupted()。這兩個方法是有所區別的，第一個方法是會自動重置狀態的，如果連續兩次調用interrupted()，第一次如果是false,第二次一定是true。而isInterrupted()是不會的。
例子如下：

public class ExampleInterruptThread extends Thread{

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        try{
            for(int i = 0 ; i < 50000000 ; i++){
                if (interrupted()){
                    System.out.println("已經是停止狀態，我要退出了");
                    throw new InterruptedException("停止.......");
                }
                System.out.println("i=" + (i + 1));
            }
        }catch (InterruptedException e){
            System.out.println("順利停止");
        }


    }
}

測試的代碼如下：

public class ExampleInterruptThreadTest extends TestCase {
    public void testRun() throws Exception {
        ExampleInterruptThread thread = new ExampleInterruptThread();
        thread.start();
        Thread.sleep(1000);
        thread.interrupt();
    }
}

第四種方法和第三種一樣，唯一的區別就是將上面的代碼中的拋出異常換成return,個人還是喜歡拋出異常，這裡處理的形式就比較多，比如列印信息，處理資源關閉或者捕捉之後再重新向上層拋出。
註意一點，我們上面拋出的異常是InterruptedException，這裡簡單說一下可能產生這個異常的原因，在原有線程sleep的情況下，調用interrupt終止線程，或者先終止線程，再讓線程sleep。

如何暫停線程

在JDK中提供了以下兩個方法用來暫停線程和恢複線程。

  • suspend()——暫停線程
  • resume()——恢複線程

這兩個方法和stop方法一樣是被廢棄的方法，其用法和stop一樣，暴力的暫停線程和恢複線程。這兩個方法之所以是廢棄的主要由以下兩個原因：

  1. 線程持有鎖定的公共資源的情況下，一旦被暫停，則公共資源無法被其他線程所持有。
  2. 線程強制暫停，導致該線程執行的操作沒有執行完全，這時訪問該線程的數據會出現數據不一致。

線程的一些其他用法

線程的其他的一些基礎用法如下：

  1. 線程讓步
  2. 設置線程的優先順序
  3. 守護線程

線程讓步

JDK提供yield()方法來讓線程放棄當前的CPU資源，將它讓給其他的任務去占用CPU時間，但是這也是隨機的事情，有可能剛放棄資源，又馬上占用時間片了。
具體的例子可以參考ExampleYieldThread以及他的測試類ExampleYieldThreadTest

設置線程的優先順序

我們可以設置線程的優先順序來讓CPU儘可能的將執行的資源給優先順序高的線程。Java設置了1-10這10個優先順序，又有三個靜態變數來提供三個優先順序：

    /**
     * The minimum priority that a thread can have.
     */
    public final static int MIN_PRIORITY = 1;

   /**
     * The default priority that is assigned to a thread.
     */
    public final static int NORM_PRIORITY = 5;

    /**
     * The maximum priority that a thread can have.
     */
    public final static int MAX_PRIORITY = 10;

我們可以通過setPriority來設置線程的優先順序，可以直接傳入上訴三個靜態變數，也可以直接傳入1-10的數字。設置後線程就會有不同的優先順序。如果我們不設置優先順序，會是什麼情況？
線程的優先順序是有繼承的特性，如果我們在A線程中啟動了B線程，則AB具有相同的優先順序。一般我們在main線程中啟動線程，就和main線程有一致的優先順序。main線程的優先順序預設是5。

下麵說一下優先順序的一些規則：

  1. 優先順序高的線程一般會比優先順序低的線程獲得更多的CPU資源，但是不代表優先順序高的任務一定先於優先順序低的任務先執行完。因為不同優先順序的線程中run方法內容可能不一樣。
  2. 優先順序高的線程一定會比優先順序低的線程執行的快。如果兩個線程是一樣的run方法，但是優先順序不一樣，確實優先順序高的線程先執行完。

線程守護

JDK中提供setDaemon的方法來設置一個線程變成守護線程。守護線程的特點是其他非守護線程執行完，守護線程就自動銷毀，典型的例子是GC回收器。
具體可以看ExampleDaemonThread和ExampleDaemonThreadTest。

總結

這篇文章主要總結了Java線程的一些基本的用法，關於線程安全，同步的知識，放到了第二篇。


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