【多线程】Thread 类详解-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【多线程】Thread 类详解。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

一. 创建线程

1. 继承 Thread 类

继承 Thread 来创建一个线程类，并重写 run() 方法

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("这里是线程运行的代码");
   }
}

创建 MyThread 类的实例

MyThread t = new MyThread();

调用 start 方法启动线程

t.start(); // 线程开始运行

注意：只有调用 start 函数才真正的创建了一个线程。

2. 实现 Runnable 接口

更推荐使用这种方法，因为 Runnable 只是描述了一个任务，至于任务通过进程、线程、线程池还是什么来执行的，Runnable 并不关心，使代码更好的解耦合。

实现 Runnable 接口

class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("这里是线程运行的代码");
   }
}

创建 Thread 类实例, 调用 Thread 的构造方法时将 Runnable 对象作为 target 参数.

Thread t = new Thread(new MyRunnable());

调用 start 方法

t.start(); // 线程开始运行

对比上面两种方法:

继承 Thread 类, 直接使用 this 就表示当前线程对象的引用.
实现 Runnable 接口, this 表示的是 MyRunnable 的引用. 需要使用 Thread.currentThread() 来获取当前线程引用。

3. 其他变形

匿名内部类创建 Thread 子类对象

// 使用匿名类创建 Thread 子类对象
Thread t1 = new Thread() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("使用匿名类创建 Thread 子类对象");
   }
};

匿名内部类创建 Runnable 子类对象

// 使用匿名类创建 Runnable 子类对象
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("使用匿名类创建 Runnable 子类对象");
   }
});

lambda 表达式创建 Runnable 子类对象

// 使用 lambda 表达式创建 Runnable 子类对象
Thread t3 = new Thread(() -> System.out.println("使用匿名类创建 Thread 子类对象"));
Thread t4 = new Thread(() -> {
    System.out.println("使用匿名类创建 Thread 子类对象");
});

4. 多线程的优势-增加运行速度

可以观察多线程在一些场合下是可以提高程序的整体运行效率的。

使用 System.nanoTime() 可以记录当前系统的纳秒级时间戳.
serial 串行的完成一系列运算. concurrency 使用两个线程并行的完成同样的运算.

class ThreadAdvantage {
    // 多线程并不一定就能提高速度，可以观察，count 不同，实际的运行效果也是不同的
    private static final long count = 10_0000_0000;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 使用并发方式
        concurrency();
        // 使用串行方式
        serial();
    }
    private static void concurrency() throws InterruptedException {
        long begin = System.nanoTime();

        // 利用一个线程计算 a 的值
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                int a = 0;
                for (long i = 0; i < count; i++) {
                    a--;
                }
            }
        });
        thread.start();
        // 主线程内计算 b 的值
        int b = 0;
        for (long i = 0; i < count; i++) {
            b--;
        }
        // 等待 thread 线程运行结束
        thread.join();

        // 统计耗时
        long end = System.nanoTime();
        double ms = (end - begin) * 1.0 / 1000 / 1000;
        System.out.printf("并发: %f 毫秒%n", ms);
    }
    private static void serial() {
        // 全部在主线程内计算 a、b 的值
        long begin = System.nanoTime();
        int a = 0;
        for (long i = 0; i < count; i++) {
            a--;
        }
        int b = 0;
        for (long i = 0; i < count; i++) {
            b--;
        }
        long end = System.nanoTime();
        double ms = (end - begin) * 1.0 / 1000 / 1000;
        System.out.printf("串行: %f 毫秒%n", ms);
    }
}

结果：
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不是使用了多线程，速度一定提高

多线程更适合于 CPU 密集型的程序，程序需要进行大量计算，使用多线程就可以充分利用 CPU 多核资源，如果计算量不大，主要时间用在创建线程上就得不偿失了。
一个进程的多个线程共享同一份资源，资源是有限的，线程变多，竞争进一步加剧，如果时间很多浪费在竞争资源上，有可能拖慢整体的速度。
多个线程之间到底是并发执行，还是并行执行是不确定的，只有真正的并行执行时，效率才有显著提升。

二. Thread 类

Thread 类是 JVM 用来管理线程的一个类，换句话说，每个线程都有一个唯一的 Thread 对象与之关联。 Thread 类的对象就是用来描述一个线程执行流的，JVM 会将这些 Thread 对象组织起来，用于线程调度，线程管理。

1. 构造方法

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Thread t1 = new Thread();
Thread t2 = new Thread(new MyRunnable());
Thread t3 = new Thread("这是我的名字");
Thread t4 = new Thread(new MyRunnable(), "这是我的名字");

2. 常见属性

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ID：线程的唯一标识，不同线程不会重复
名称：是各种调试工具用到
状态：表示线程当前所处的一个情况，下面将会进一步说明
优先级：优先级高的线程理论上来说更容易被调度到
后台线程：关于后台线程需要记住：JVM会在一个进程的所有非后台线程结束后，才会结束运行。
是否存活：即简单的理解，为 run 方法是否运行结束了
线程的中断问题：下面将进一步说明

    public static void main(String[] args) {
        // 创建线程
        Thread thread = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 我还活着");
                            Thread.sleep(1 * 1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 我即将死去");
        });
        // （从 main 线程）获取 thread 线程的参数
        System.out.println("thread: ID: " + thread.getId());
        System.out.println("thread: 名称: " + thread.getName());
        System.out.println("thread: 状态: " + thread.getState());
        System.out.println("thread: 优先级: " + thread.getPriority());
        System.out.println("thread: 后台线程: " + thread.isDaemon());
        System.out.println("thread: 活着: " + thread.isAlive());
        System.out.println("thread: 被中断: " + thread.isInterrupted());
        // 启动 thread 线程
        thread.start();
        // 循环一直空转，至 thread 线程死亡
        while (thread.isAlive()) {}
        // 判断 thread 线程是否还活着
        System.out.println("thread: 状态: " + thread.getState());
    }

输出：
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是否为后台线程：

若是后台线程，不影响程序的退出，前台线程才会影响程序的退出。
（前台线程通常执行一些重要的任务，而后台线程用于执行一些辅助性的或者周期性的任务，以支持前台线程的工作。）
我们创建的线程默认是前台进程，所以即使 main 线程执行完毕了，进程也不能退出，需要等待我们创建的线程执行完毕。
假如我们创建的是后台线程，那么 main 线程执行完毕后，进程直接退出，我们创建的线程即使没有执行完也被强制终止。

是否存活：

调用 start() 之前，run() 方法执行完之后为 isAlive 为 false
调用 start() 之后，run() 方法执行完之前为 isAlive 为 false

注意：Thread t 的生命周期和内核中线程的生命周期并不完全一致：
创建 t 对象后，调用 start() 之前，系统中没有对应的线程，
run() 执行完，系统中的线程销毁了，但 t 对象可能还在。

3. 启动线程-start()

之前我们已经看到了如何通过覆写 run 方法创建一个线程对象，但线程对象被创建出来并不意味着线程就开始运行了。

覆写 run 方法是提供给线程要做的事情的指令清单
而调用 start() 方法，就是喊一声：”行动起来！“，线程才真正独立去执行了。

调用 start 方法, 才真的在操作系统的底层创建出一个线程。
注意：一个线程只能 start 一次

start() 和 run() 的区别

run 单纯的只是一个普通方法，描述了任务的内容，
start 则是一个特殊的方法，内部会在系统中创建一个线程。
run 只是一个普通的方法，在 main 线程里面调用 run, 并不会创建线程，只是在 main 线程中执行 run 中的代码，既然 run 和其他代码一样都是在 main 线程中执行的，那么就得按照从前到后的顺序执行代码。

4. 中断线程-interrupt()

注意：中断一个线程，不是让线程立即就停止，只是通知该线程说你该停止了，具体是否真的停止，取决于线程里面代码的写法。（与操作系统里面的中断不一样）

线程一旦进到工作状态，他就会按照行动指南上的步骤（run 方法）去进行工作，不完成是不会结束的。但有时我们需要增加一些机制，例如张三（主线程）让李四（新创建的线程）进行转账业务，李四正在工作时，老板突然来电话了，说转账的对方是个骗子，需要赶紧停止转账，那张三该如何通知李四停止呢？这就涉及到我们的停止线程的方式了。

目前常见的有以下两种方式：

通过共享的标记来进行沟通
调用 interrupt() 方法来通知

示例-1: 使用自定义的变量来作为标志位.
因为多个线程共用一块空间，所以多个线程修改的标志位是同一个。
注意需要给标志位上加 volatile 关键字，防止编译器优化为不访问内存，从而感知不到了标志位的变化。

class ThreadDemo {
    private static class MyRunnable implements Runnable {
        public volatile boolean isQuit = false;
        @Override
        public void run() {
            while (!isQuit) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                        + ": 别管我，我忙着转账呢!");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                    + ": 啊！险些误了大事");
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyRunnable target = new MyRunnable();
        Thread thread = new Thread(target, "李四");
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                + ": 让李四开始转账。");
        thread.start();
        Thread.sleep(10 * 1000);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                + ": 老板来电话了，得赶紧通知李四对方是个骗子！");
        target.isQuit = true;
    }
}

输出：
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使用共享的标记来进行沟通的话，线程收到通知不及时，比如说线程在休眠，需要等到休眠结束后才能收到通知。

示例-2: 使用 Thread.interrupted() 或者 Thread.currentThread().isInterrupted() 代替自定义标志位.
（Thread 内部包含了一个 boolean 类型的变量作为线程是否被中断的标记. ）

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使用 thread 对象的 interrupt() 方法通知线程结束.
（interrupt() 方法只是设置了一个标志位，具体要不要中断，还要被中断线程的配合，还是取决于被中断线程决定是否中断。）

class ThreadDemo {
    private static class MyRunnable implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            // 两种方法均可以
            while (!Thread.interrupted()) {
//                while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                        + ": 别管我，我忙着转账呢!");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                            + ": 有内鬼，终止交易！");
                    // 注意此处的 break
                    break;
                }
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                    + ": 啊！险些误了大事");
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyRunnable target = new MyRunnable();
        Thread thread = new Thread(target, "李四");
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                + ": 让李四开始转账。");
        thread.start();
        Thread.sleep(10 * 1000);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                + ": 老板来电话了，得赶紧通知李四对方是个骗子！");
        thread.interrupt();
    }
}

thread 收到通知的方式有两种：

如果线程因为调用 wait/join/sleep 等方法而阻塞挂起，则以 InterruptedException 异常的形式通知，清除中断标志，也就是说中断标志位为 false

当出现 InterruptedException 的时候, 要不要结束线程取决于 catch 中代码的写法. 可以选择忽略这个异常, 也可以跳出循环结束线程.

否则，只是内部的一个中断标志被设置，thread 可以通过

Thread.interrupted() 判断当前线程的中断标志被设置，清除中断标志
Thread.currentThread().isInterrupted() 判断指定线程的中断标志被设置，不清除中断标志

使用 interrupt() 这种方式通知收到的更及时，即使线程正在 sleep 也可以马上收到，但是如果是自己使用的标志位的话，线程不能及时收到中断通知。

示例-3：观察标志位是否清除

标志位是否清除, 就类似于一个开关.

Thread.isInterrupted() 相当于按下开关, 开关自动弹起来了. 这个称为 “清除标志位”
Thread.currentThread().isInterrupted() 相当于按下开关之后, 开关弹不起来, 这个称为 “不清除标志位”.

使用 Thread.isInterrupted() , 线程中断会清除标志位.

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观察源码可以发现, Thread.isInterrupted() 内部实际上是调用了 Thread.currentThread().isInterrupted() 只不过参数传了一个 true, 代表清除标志位。

class ThreadDemo {
    private static class MyRunnable implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                System.out.println(Thread.interrupted());
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyRunnable target = new MyRunnable();
        Thread thread = new Thread(target, "李四");
        thread.start();
        thread.interrupt();
    }
}

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使用 Thread.currentThread().isInterrupted() , 线程中断标记位不会清除.

class ThreadDemo {
    private static class MyRunnable implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().isInterrupted());
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyRunnable target = new MyRunnable();
        Thread thread = new Thread(target, "李四");
        thread.start();
        thread.interrupt();
    }
}

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为什么一个清除，一个不清除？它们都用于什么场景？

Thread.interrupted() 清除标志位是为了下次继续检测标志位。如果一个线程被设置中断标志后，选择结束线程那么自然不存在下次的问题，而如果一个线程被设置中断标识后，进行了一些处理后选择继续进行任务，而且这个任务也是需要被中断的，那么当然需要清除标志位了。重新设置为 false, 这样就可以下次继续检测标志位。

5. 线程等待-join()

线程等待主要是为了控制线程结束的先后顺序。
有时，我们需要等待一个线程完成它的工作后，才能进行自己的下一步工作。例如，张三只有等李四转账成功，才决定是否存钱，这时我们需要一个方法明确等待线程的结束。

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class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Runnable target = () -> {
            for (int i = 0; i < 4; i++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                            + ": 我还在工作！");
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 我结束了！");
        };
        Thread thread1 = new Thread(target, "李四");
        Thread thread2 = new Thread(target, "王五");
        System.out.println("先让李四开始工作");
        thread1.start();
        // 这行代码是在 main 线程中调用的，所以是 main 线程等待 thread1 线程结束，main 线程才能继续往下执行
        thread1.join();
        System.out.println("李四工作结束了，让王五开始工作");
        thread2.start();
        // 同理，这行代码是在 main 线程中调用的，所以是 main 线程等待 thread2 线程结束，main 线程才能继续往下执行下面的打印代码
        thread2.join();
        System.out.println("王五工作结束了");
    }
}

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当把 join 方法注释掉：

class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Runnable target = () -> {
            for (int i = 0; i < 4; i++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                            + ": 我还在工作！");
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 我结束了！");
        };
        Thread thread1 = new Thread(target, "李四");
        Thread thread2 = new Thread(target, "王五");
        System.out.println("先让李四开始工作");
        thread1.start();
//        thread1.join();
        System.out.println("李四工作结束了，让王五开始工作");
        thread2.start();
//        thread2.join();
        System.out.println("王五工作结束了");
    }
}

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6. 线程休眠-sleep()

有一点要记得，因为线程的调度是不可控的，所以，这个方法只能保证实际休眠时间是大于等于参数设置的休眠时间的。

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class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println(System.currentTimeMillis());
        Thread.sleep(3 * 1000);
        System.out.println(System.currentTimeMillis());
    }
}

Thread.sleep(3 * 1000) 并不是 3s 后就上 CPU 执行 , 而是 3s 内上不了 CPU , 因为 sleep 就被放到阻塞队列里面了，休眠完成后被放入到就绪队列中，而就绪队列中不只你这一个线程，而是多个线程都是就绪状态，等着上 CPU 执行。
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线程休眠实质上就是将线程放到阻塞队列中。所以休眠是阻塞的一种，会释放 CPU（持有锁的话，并不会释放锁）。

7. 获取当前线程引用

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注意，在哪个线程里面调用 Thread.currentThread() 得到的就是哪个线程
在 main 线程中调用：

class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 注意，在哪个线程里面调用 Thread.currentThread() 得到的就是哪个线程
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(thread.getName());
    }
}

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在创建出来的其他线程中调用：

class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 注意，在哪个线程里面调用 Thread.currentThread() 得到的就是哪个线程
        Thread thread = new Thread(()->{
            // 这个是在 创建出来的线程里面调用的
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        });
        thread.start();
    }
}

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三. 线程的状态

1. 观察线程的所有状态

线程的状态是一个枚举类型 Thread.State

class ThreadState {
    public static void main(String[] args) {
        for (Thread.State state : Thread.State.values()) {
            System.out.println(state);
        }
    }
}

输出：
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NEW: 安排了工作, 还未开始行动
RUNNABLE: 可工作的. 又可以分成正在工作中和即将开始工作.
BLOCKED: 表示排队等着其他事情，比如等待锁（阻塞状态）
WAITING: 这几个都表示排队等着其他事情（阻塞状态）
TIMED_WAITING: 这几个都表示排队等着其他事情（阻塞状态）
TERMINATED: 工作完成了.

为什么要这么细分？
因为开发过程中经常遇到程序卡死的情况，分析卡死的原因时，我们可以查看各个线程的状态，从而定位问题。

2. 线程状态和状态转移的意义

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还是之前的例子：

刚把李四、王五找来，还是给他们在安排任务，没让他们行动起来，就是 NEW 状态；
当李四、王五开始去窗口排队，等待服务，就进入到 RUNNABLE 状态。该状态并不表示已经被银行工作人员开始接待，排在队伍中也是属于该状态，即可被服务的状态，是否开始服务，则看调度器的调度;
当李四、王五因为一些事情需要去忙，例如需要填写信息、回家取证件、发呆一会等等时，进入 BLOCKED 、 WATING 、 TIMED_WAITING 状态；
如果李四、王五已经忙完，为 TERMINATED 状态。

所以，之前我们学过的 isAlive() 方法，可以认为是处于不是 NEW 和 TERMINATED 的状态都是活着的。

3. 观察线程的状态和转移

观察 1: 关注 NEW 、 RUNNABLE 、 TERMINATED 状态的转换

使用 isAlive 方法判定线程的存活状态.

class ThreadStateTransfer {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000_0000; i++) {
            }
        }, "李四");
        System.out.println(t.getName() + ": " + t.getState()); // NEW
        t.start();
        while (t.isAlive()) {
            System.out.println(t.getName() + ": " + t.getState()); // RUNNABLE
        }
        System.out.println(t.getName() + ": " + t.getState()); // TERMINATED
    }
}

观察 2: 关注 WAITING 、 BLOCKED 、 TIMED_WAITING 状态的转换

class ThreadStateTransfer {
    public static void main(String[] args) {
        final Object object = new Object();
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (object) {
                    while (true) {
                        try {
                            Thread.sleep(1000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        }, "t1");
        t1.start();
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (object) {
                    System.out.println("hehe");
                }
            }
        }, "t2");
        t2.start();
    }
}

通过 jconsole 可以看出 t1 是 TIMED_WAITING，t2 是 BLOCKED
t1:

【多线程】Thread 类详解,多线程,java,jvm,开发语言,多线程
t2:

【多线程】Thread 类详解,多线程,java,jvm,开发语言,多线程

修改上面的代码, 把 t1 中的 sleep 换成 wait：

class ThreadStateTransfer {
    public static void main(String[] args) {
        final Object object = new Object();
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (object) {
                    while (true) {
                        try {
                            // [修改这里就可以了!!!!!]
                            // Thread.sleep(1000);
                            object.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        }, "t1");
        t1.start();
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (object) {
                    System.out.println("hehe");
                }
            }
        }, "t2");
        t2.start();
    }
}

使用 jconsole 可以看到 t1 的状态是 WAITING
【多线程】Thread 类详解,多线程,java,jvm,开发语言,多线程

结论:

BLOCKED 表示等待获取锁, WAITING 和 TIMED_WAITING 表示等待其他线程发来通知.
TIMED_WAITING 线程在等待唤醒，但设置了时限; WAITING 线程在无限等待唤醒

观察-3: yield() 大公无私，让出 CPU

class ThreadStateTransfer {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    System.out.println("张三");
//                     先注释掉, 再放开
//                     Thread.yield();
                }
            }
        }, "t1");
        t1.start();
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    System.out.println("李四");
                }
            }
        }, "t2");
        t2.start();
    }
}