Java總結篇系列：Java多線程（一）

多線程做爲Java中很重要的一個知識點，在此仍是有必要總結一下的。

一.線程的生命週期及五種基本狀態

關於Java中線程的生命週期，首先看一下下面這張較爲經典的圖：

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線程具備五中基本狀態

新建狀態（New）：當線程對象對建立後，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作好了準備，隨時等待CPU調度執行，並非說執行了t.start()此線程當即就會執行；

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惟一入口，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因爲某種緣由，暫時放棄對CPU的使用權，中止執行，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。根據阻塞產生的緣由不一樣，阻塞狀態又能夠分爲三種：

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(由於鎖被其它線程所佔用)，它會進入同步阻塞狀態；

3.其餘阻塞 -- 經過調用線程的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，線程從新轉入就緒狀態。

死亡狀態（Dead）：線程執行完了或者因異常退出了run()方法，該線程結束生命週期。

 

二. Java多線程的建立及啓動

Java中線程的建立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();     // 建立一個新的線程 myThread1 此線程進入新建狀態
 8                 Thread myThread2 = new MyThread();     // 建立一個新的線程 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，經過重寫run()方法定義了一個新的線程類MyThread，其中run()方法的方法體表明瞭線程須要完成的任務，稱之爲線程執行體。當建立此線程類對象時一個新的線程得以建立，並進入到線程新建狀態。經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，此時此線程並不必定會立刻得以執行，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()方法一樣是線程執行體，建立Runnable實現類的實例，並以此實例做爲Thread類的target來建立Thread對象，該Thread對象纔是真正的線程對象。

 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(); // 建立一個Runnable實現類的對象
 8                 Thread thread1 = new Thread(myRunnable); // 將myRunnable做爲Thread target建立新的線程
 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 }

相信以上兩種建立新線程的方式你們都很熟悉了，那麼Thread和Runnable之間究竟是什麼關係呢？咱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 }

一樣的，與實現Runnable接口建立線程方式類似，不一樣的地方在於

1 Thread thread = new MyThread(myRunnable);

那麼這種方式能夠順利建立出一個新的線程麼？答案是確定的。至於此時的線程執行體究竟是MyRunnable接口中的run()方法仍是MyThread類中的run()方法呢？經過輸出咱們知道線程執行體是MyThread類中的run()方法。其實緣由很簡單，由於Thread類自己也是實現了Runnable接口，而run()方法最早是在Runnable接口中定義的方法。

1 public interface Runnable { 2    
3     public abstract void run(); 4     
5 }

咱們看一下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。可是上述給到的列子中，因爲多態的存在，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接口建立線程。具體是建立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對象做爲Thread對象的target來建立線程。

 看着好像有點複雜，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();    // 建立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對象做爲Thread對象的target建立新的線程
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();            //取得新建立的新線程中的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()方法不一樣的是，call()方法具備返回值
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，咱們發現，在實現Callable接口中，此時再也不是run()方法了，而是call()方法，此call()方法做爲線程執行體，同時還具備返回值！在建立新的線程時，是經過FutureTask來包裝MyCallable對象，同時做爲了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 }

因而，咱們發現FutureTask類其實是同時實現了Runnable和Future接口，由此才使得其具備Future和Runnable雙重特性。經過Runnable特性，能夠做爲Thread對象的target，而Future特性，使得其能夠取得新建立線程中的call()方法的返回值。

執行下此程序，咱們發現sum = 4950永遠都是最後輸出的。而「主線程for循環執行完畢..」則極可能是在子線程循環中間輸出。由CPU的線程調度機制，咱們知道，「主線程for循環執行完畢..」的輸出時機是沒有任何問題的，那麼爲何sum =4950會永遠最後輸出呢？

緣由在於經過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建立方式，對於線程的啓動而言，都是調用線程對象的start()方法，須要特別注意的是：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

就緒狀態轉換爲運行狀態：當此線程獲得處理器資源；

運行狀態轉換爲就緒狀態：當此線程主動調用yield()方法或在運行過程當中失去處理器資源。

運行狀態轉換爲死亡狀態：當此線程線程執行體執行完畢或發生了異常。

此處須要特別注意的是：當調用線程的yield()方法時，線程從運行狀態轉換爲就緒狀態，但接下來CPU調度就緒狀態中的哪一個線程具備必定的隨機性，所以，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線程的狀況。

因爲實際的業務須要，經常會遇到須要在特定時機終止某一線程的運行，使其進入到死亡狀態。目前最通用的作法是設置一boolean型的變量，當條件知足時，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 }