Java—多線程基礎

多線程基礎

基本概念

進程

所謂進程就是運行在操做系統的一個任務，進程是計算機任務調度的一個單位，操做系統在啓動一個程序的時候，會爲其建立一個進程，JVM就是一個進程。進程與進程之間是相互隔離的，每一個進程都有獨立的內存空間。

計算機實現併發的原理是：CPU分時間片，交替執行，宏觀並行，微觀串行。同理，在進程的基礎上分出更小的任務調度單元就是線程，咱們所謂的多線程就是一個進程併發多個線程。

線程

在上面咱們提到，一個進程能夠併發出多個線程，而線程就是最小的任務執行單元，具體來講，一個程序順序執行的流程就是一個線程，咱們常見的main就是一個線程（主線程）。

線程的組成

想要擁有一個線程，有這樣的一些不可或缺的部分，主要有：CPU時間片，數據存儲空間，代碼。

CPU時間片都是有操做系統進行分配的，數據存儲空間就是咱們常說的堆空間和棧空間，在線程之間，堆空間是多線程共享的，棧空間是互相獨立的，這樣作的好處不只在於方便，也減小了不少資源的浪費。代碼就不作過多解釋了，沒有代碼搞個毛的多線程。

線程的建立和啓動

傳統建立線程有兩種方式

1. 繼承Thread類，覆蓋run方法
2. 實現Runnable接口，覆蓋run方法

Runnable並非線程對象，而是一個任務對象。那麼Runnable和Thread有什麼樣的關係呢？

經過查閱API，咱們發現建立一個線程除了使用Thread的無參構造方法之外有一個有參構造方法是這樣 ：Thread(Runnable target)，經過這個方法會分配一個新的Thread 對象。

其中的參數是一個類型爲Runnable的target屬性。

Runnable接口最大的做用就是爲非Thread子類的類提供了一種實現線程的方式，只須要實現Runnable接口就能夠藉助Thread建立一個線程；另外一方面，若是隻想重寫run方法，不想獲得其餘的Thread的方法，實現Runnable是一個好的選擇。

JDK1.5

線程池

ExecutorService（線程池 interface）

//經過工具類中的方法可以新建一個線程池，用ExecutorService接受
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);

Callable對象

相似於Runnable（描述任務的interface）。

//建立一個Callable的實現類
Callable<Integer> task1 = new Callable<Integer>(){
  public Integer call() throws Exception{
    int result = 0;
    for(int i=2;i<=100;i+=2){
      result += i;
      Thread.sleep;
    }
      return result;
  }
  
}

//用Future對象接收fask1的返回值  將任務提交給線程池
Future<Integer> f = es.submit(task1);
//經過get方法獲取Future中的值 在這個時候主線程主動的調取get  若是分支線程尚未結束，主線程會在這裏阻塞
int result = f1.get();
//關閉線程池
es.shutdown();

從以上這段代碼咱們能夠看到不少不同的地方，首先在Callable對象中是能夠拋出異常的，其次有返回值，在這個基礎上也就引出了一個新的問題，若是接收該線程的對象？JDK1.5中也給出瞭解決的方法是Future對象.

啓動線程

在這裏咱們須要明白，上面兩種方式並不會讓咱們獲得真正的線程，只是獲得了線程對象，只有啓動線程，纔算獲得了真正的線程。

經過執行start()方法可以啓動一個線程，可是啓動線程並非當即執行，成功啓動的線程會處於就緒狀態，何時執行須要等到拿到時間片以後。

線程的分類

用戶線程和守護(Daemon)線程。

守護線程：守護線程會一直運行，直到其餘非守護線程都結束的時候，纔會結束。有一個典型的守護線程就是：垃圾回收線程，和虛擬機共存亡，直到虛擬機中沒有任何線程的時候虛擬機關閉的時候纔會終止，簡單說就是虛擬機在，它就在，虛擬機亡便亡。

線程的狀態

上面咱們提到過，一個線程在啓動以後不會立馬執行，而是處於就緒狀態（Ready），就緒狀態就是線程的狀態的一種，處於這種狀態的線程意味着一切準備就緒， 須要等待系統分配到時間片。爲何沒有立馬運行呢，由於同一時間只有一個線程可以拿到時間片運行，新線程啓動的時候讓它啓動的線程（主線程）正在運行，只有等主線程結束，它纔有機會拿到時間片運行。

線程的狀態：初始狀態（New），就緒狀態（Ready），運行狀態（Running）（特別說明：在語法的定義中，就緒狀態和運行狀態是一個狀態Runable），等待狀態（Waitering），終止狀態（Terminated）

RUNNABLE），等待狀態（Waitering），終止狀態（Terminated）

初始狀態（New）

線程對象被建立出來，即是初始狀態，這時候線程對象只是一個普通的對象，並非一個線程。

Runable

就緒狀態（Ready）：執行start方法以後，進入就緒狀態，等待被分配到時間片。

運行狀態（Running）：拿到CPU的線程開始執行。處於運行時間的線程並非永久的持有CPU直到運行結束，極可能沒有執行完畢時間片到期，就被收回CPU的使用權了，以後將會處於等待狀態。

等待狀態（Waiting）

等待狀態分爲有限期等待和無限期等待，所謂有限期等待是線程使用sleep方法主動進入休眠，有必定的時間限制，時間到期就從新進入就緒狀態，再次等待被CPU選中。

而無限期等待就有些不一樣了，無限期並非指永遠的等待下去，而是指沒有時間限制，可能等待一秒也可能不少秒。至於進入等待的緣由也不盡相同，多是由於CPU時間片到期，也多是由於一個比較耗時的操做（數據庫），或者主動的調用join方法。

wait和sleep的區別

wait	sleep
wait()方法是Object類裏的方法	sleep()是Thread類的static(靜態)的方法
wait()睡眠時，釋放對象鎖	sleep()睡眠時，保持對象鎖，仍然佔有該鎖
經常使用於線程間通訊	經常使用於暫停執行
wait和notify/notifyAll是成對出現的, 必須在synchronize塊中被調用

阻塞狀態（Blocked）

在我看來，阻塞狀態其實是一種比較特殊的等待狀態，處於其餘等待狀態的線程是在等着別的線程執行結束，等着拿CPU的使用權；而處於阻塞狀態的線程等待的不只僅是CPU的使用權，主要是鎖標記，沒有拿到鎖標記，即使是CPU有空也沒有辦法執行。（關於鎖見下節：線程同步）

等待和阻塞的區別

等待	阻塞
已經拿到鎖對象，或者說不存在拿不到執行不了的狀況	等待拿到鎖對象
等待被喚醒	等待拿到鎖對象

終止線程（Terminated）

已經終止的線程會處於該種狀態。

總結

整體上來講，做爲一個線程挺倒黴的，首先，不會知道本身何時被選中；其次在執行過程當中隨時可能被打斷讓出CPU，最後碰到數據庫等耗時的操做也要讓出CPU去等待，而且就算數據準備好了， 仍然須要等着被挑選。