JAVA中多線程編程方法的實例

JAVA中多線程編程方法的實例？這個問題可能是我們?nèi)粘W(xué)習(xí)或工作經(jīng)常見到的。希望通過這個問題能讓你收獲頗深。下面是小編給大家?guī)淼膮⒖純?nèi)容，讓我們一起來看看吧！

 一、程序、進程、線程

程序是一組指令的有序集合，也可以將其通俗地理解為若干行代碼。它本身沒有任何運行的含義，它只是一個靜態(tài)的實體，它可能只是一個單純的文本文件，也有可能是經(jīng)過編譯之后生成的可執(zhí)行文件。
??從狹義來說，進程是正在運行的程序的實例；從廣義上來說，進程是一個具有一定獨立功能的程序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合的一次運行活動。進程是操作系統(tǒng)進行資源分配的基本單位。
??線程是進程中可獨立執(zhí)行的最小單位，它也是處理器進行獨立調(diào)度和分派的基本單位。一個進程可以包含多個線程，每個線程執(zhí)行自己的任務(wù)，同一個進程中的所有線程共享該進程中的資源，如內(nèi)存空間、文件句柄等。

二、多線程編程簡介

1、什么是多線程編程

多線程編程技術(shù)是Java語言的重要特點。多線程編程的含義是將程序任務(wù)分成幾個并行的子任務(wù)，并將這些子任務(wù)交給多個線程去執(zhí)行。
??多線程編程就是以線程為基本抽象單位的一種編程范式。但是，多線程編程又不僅僅是使用多個線程進行編程那么簡單，其自身又有需要解決的問題。多線程編程和面向?qū)ο缶幊淌强梢韵嗳莸?，即我們可以在面向?qū)ο缶幊痰幕A(chǔ)上實現(xiàn)多線程編程。事實上，Java平臺中的一個線程就是一個對象。

2、為什么要使用多線程編程

現(xiàn)在的計算機動輒就是多處理器核心的，而每一個線程同一時間只能運行在一個處理器上。如果只采用單線程進行開發(fā)，那么就不能充分利用多核處理器的資源來提高程序的執(zhí)行效率。而使用多線程進行編程時，不同的線程可以運行在不同的處理器上。這樣一來，不僅大大提高了對計算機資源的利用率，同時也提高了程序的執(zhí)行效率。

三、JAVA線程API簡介

java.lang.Thread類就是Java平臺對線程的實現(xiàn)。Thread類或其子類的一個實例就是一個線程。

1、線程的創(chuàng)建、啟動、運行

在Java平臺中，創(chuàng)建一個線程就是創(chuàng)建一個Thread類（或其子類）的示例。每個線程都有其要執(zhí)行的任務(wù)。線程的任務(wù)處理邏輯可以在Thread類的run方法中直接實現(xiàn)或者通過該方法進行調(diào)用，因此run方法相當(dāng)于線程的任務(wù)處理邏輯的入口方法，它應(yīng)該由Java虛擬機在運行相應(yīng)線程時直接調(diào)用，而不應(yīng)該由應(yīng)用代碼進行調(diào)用。
??運行一個線程實際上就是讓Java虛擬機執(zhí)行該線程的run方法，從而使任務(wù)處理邏輯代碼得以執(zhí)行。如果一個線程沒有啟動，它的run方法是絕對不會被執(zhí)行的。為此，首先需要啟動線程。Thread類的start方法的作用是啟動相應(yīng)的線程。啟動一個線程的實質(zhì)是請求虛擬機運行相應(yīng)的線程，而這個線程具體何時能夠運行是由線程調(diào)度器（線程調(diào)度器是操作系統(tǒng)的一部分）決定的。因此，調(diào)用線程的start方法并不意味著線程已經(jīng)開始運行，這個線程可能馬上開始運行，也有可能稍后才被運行，也有可能永遠不運行。
??下面介紹兩種創(chuàng)建線程的方式（實際上還有其他方式，后續(xù)文章中會詳細介紹）。在此之前我們先來看一下Thread類的run方法的源碼：

// Code 1-1@Override
public void run() {
    if (target != null) {
        target.run();
    }
}

這個run方法是在接口Runnable中定義的，它不接受參數(shù)也沒有返回值。事實上Runnable接口中也只有這一個方法，因此這個接口是一個函數(shù)式接口，這意味著我們可以在需要Runnable的地方使用lambda表達式。Thread類實現(xiàn)了這個接口，因此它必須實現(xiàn)這個方法。target是Thread類中的一個域，它的類型也是Runnable。target域表示這個線程需要執(zhí)行的內(nèi)容，而Thread類的run方法所做的也只是執(zhí)行target的run方法。
??我們剛剛提到，Java虛擬機會自動調(diào)用線程的run方法。但是，Thread類的run方法已經(jīng)定義好了，我們沒有辦法將自己需要執(zhí)行的代碼放在Thread類的run方法中。因此，我們可以考慮其他的方式來影響run方法的行為。第一種就是繼承Thread類并重寫run方法，這樣JVM在運行線程時就會調(diào)用我們重寫的run方法而不是Thread類的run方法；第二種方法是將我們要執(zhí)行的代碼傳遞給Thread類的target方法，而剛好Thread類有幾個構(gòu)造器可以直接對target進行賦值，這樣一來，JVM在調(diào)用run方法時執(zhí)行的仍然是我們傳遞的代碼。
??在Java平臺中，每個線程都可以擁有自己默認的名字，當(dāng)然我們也可以在構(gòu)造Thread類的實例時為我們的線程起一個名字，這個名字便于我們區(qū)分不同的線程。
??下面的代碼使用上述的兩種方式創(chuàng)建了兩個線程，它們要執(zhí)行的任務(wù)很簡單——打印一行歡迎信息，并且要包含自己的名字。

public class WelcomeApp {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new WelcomeThread();
        Thread thread2 = new Thread(() -> System.out.println("2. Welcome, I'm " + Thread.currentThread().getName()));
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}class WelcomeThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("1. Welcome, I'm " + Thread.currentThread().getName());
    }
}

下面是這個程序運行時輸出的內(nèi)容：

1. Welcome, I'm Thread-0
2. Welcome, I'm Thread-1

多次運行這個程序，我們可以發(fā)現(xiàn)這個程序的輸出也有可能是：

2. Welcome, I'm Thread-1
1. Welcome, I'm Thread-0

這說明，雖然thread1的啟動在thread2之前，但這并不意味著thread1會在thread2之前被運行。
??不管采用哪種方式創(chuàng)建線程，一旦線程的run方法執(zhí)行（由JVM調(diào)用）結(jié)束，相應(yīng)線程的運行也就結(jié)束了。當(dāng)然，run方法執(zhí)行結(jié)束包括正常結(jié)束（run方法正常返回）和代碼中拋出異常而導(dǎo)致的終止。運行結(jié)束的線程所占用的資源（如內(nèi)存空間）會如同其他Java對象一樣被JVM回收。
??線程屬于“一次性用品”，我們不能通過重新調(diào)用一個已經(jīng)運行結(jié)束的線程的start方法來使其重新運行。事實上，start方法也只能夠被調(diào)用一次，多次調(diào)用同一個Thread實例的start方法會導(dǎo)致其拋出IllegalThreadStateException異常。

2、線程的屬性

線程的屬性包括線程的編號、名稱、類別和優(yōu)先級, 詳情如下表所示：

上面提到了守護線程和用戶線程的概念，這里對它們做一個簡要的說明。按照線程是否會阻止Java虛擬機正常停止，我們可以將Java中的線程分為守護線程（Daemon Thread）和用戶線程（User Thread，也稱非守護線程）。線程的daemon屬性用于表示相應(yīng)線程是否為守護線程。用戶線程會阻止Java虛擬機的正常停止，即一個Java虛擬機只有在其所有用戶線程都運行結(jié)束（即Thread.run()調(diào)用未結(jié)束）的情況下才能正常停止。而守護線程則不會影響Java虛擬機的正常停止，即應(yīng)用程序中有守護線程在運行也不影響Java虛擬機的正常停止。因此，守護線程通常用于執(zhí)行一些重要性不是很高的任務(wù)，例如用于監(jiān)視其他線程的運行情況。
??當(dāng)然，如果Java虛擬機是被強制停止的，比如在Linux系統(tǒng)下使用kill命令強制終止一個Java虛擬機進程，那么即使是用戶線程也無法阻止Java虛擬機的停止。

3、Thread類常用方法

Java中的任何一段代碼總是執(zhí)行在某個線程之中。執(zhí)行當(dāng)前代碼的線程就被稱為當(dāng)前線程，Thread.currentThread()可以返回當(dāng)前線程。由于同一段代碼可能被不同的線程執(zhí)行，因此當(dāng)前線程是相對的，即Thread.currentThread()的返回值在代碼實際運行的時候可能對應(yīng)著不同的線程（對象）。
??join方法的作用相當(dāng)于執(zhí)行該方法的線程和線程調(diào)度器說：“我得先暫停一下，等到另外一個線程運行結(jié)束后我才能繼續(xù)?！?br/>??yield靜態(tài)方法的作用相當(dāng)于執(zhí)行該方法的線程對線程調(diào)度器說：“我現(xiàn)在不急，如果別人需要處理器資源的話先給它用吧。當(dāng)然，如果沒有其他人要用，我也不介意繼續(xù)占用?！?br/>??sleep靜態(tài)方法的作用相當(dāng)于執(zhí)行該方法的線程對線程調(diào)度器說：“我想小憩一會兒，過段時間再叫醒我繼續(xù)干活吧?！?/p>

4、Thread類中的廢棄方法

雖然這些方法并沒有相應(yīng)的替代品，但是可以使用其他辦法來實現(xiàn)，我們會在后續(xù)文章中學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容。

四、無處不在的線程

Java平臺本身就是一個多線程的平臺。除了Java開發(fā)人員自己創(chuàng)建和使用的線程，Java平臺中其他由Java虛擬機創(chuàng)建、使用的線程也隨處可見。當(dāng)然，這些線程也是各自有其處理任務(wù)。
??Java虛擬機啟動的時候會創(chuàng)建一個主線程（main線程），該線程負責(zé)執(zhí)行Java程序的入口方法(main方法）。下面的程序打印出主線程的名稱：

public class MainThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

??該程序會輸出“main”，這說明main方法是由一個名為“main”的線程調(diào)用的，這個線程就是主線程，它是由JVM創(chuàng)建并啟動的。
??在多線程編程中，弄清楚一段代碼具體是由哪個（或者哪種）線程去負責(zé)執(zhí)行的這點很重要，這關(guān)系到性能、線程安全等問題。本系列的后續(xù)文章會體現(xiàn)這點。
??Java 虛擬機垃圾回收器（Garbage Collector）負責(zé)對Java程序中不再使用的內(nèi)存空間進行回收，而這個回收的動作實際上也是通過專門的線程（垃圾回收線程）實現(xiàn)的，這些線程由Java虛擬機自行創(chuàng)建。
??為了提高Java代碼的執(zhí)行效率，Java虛擬機中的JIT（Just In Time）編譯器會動態(tài)地將Java字節(jié)碼編譯為Java虛擬機宿主機處理器可直接執(zhí)行的機器碼。這個動態(tài)編譯的過程實際上是由Java虛擬機創(chuàng)建的專門的線程負責(zé)執(zhí)行的。
??Java平臺中的線程隨處可見，這些線程各自都有其處理任務(wù)。

五、線程的層次關(guān)系

Java平臺中的線程不是孤立的，線程與線程之間總是存在一些聯(lián)系。假設(shè)線程A所執(zhí)行的代碼創(chuàng)建了線程B, 那么，習(xí)慣上我們稱線程B為線程A的子線程，相應(yīng)地線程A就被稱為線程B的父線程。例如， Code 1-2中的線程thread1和thread2是main線程的子線程，main線程是它們的父線程。子線程所執(zhí)行的代碼還可以創(chuàng)建其他線程，因此一個子線程也可以是其他線程的父線程。所以，父線程、子線程是一個相對的稱呼。理解線程的層次關(guān)系有助于我們理解Java應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)，也有助于我們后續(xù)闡述其他概念。
??在Java平臺中，一個線程是否是一個守護線程默認取決于其父線程：默認情況下父線程是守護線程，則子線程也是守護線程；父線程是用戶線程，則子線程也是用戶線程。另外，父線程在創(chuàng)建子線程后啟動子線程之前可以調(diào)用該線程的setDaemon方法，將相應(yīng)的線程設(shè)置為守護線程（或者用戶線程）。
??一個線程的優(yōu)先級默認值為該線程的父線程的優(yōu)先級，即如果我們沒有設(shè)置或者更改一個線程的優(yōu)先級，那么這個線程的優(yōu)先級的值與父線程的優(yōu)先級的值相等。
??不過，Java平臺中并沒有API用于獲取一個線程的父線程，或者獲取一個線程的所有子線程。并且，父線程和子線程之間的生命周期也沒有必然的聯(lián)系。比如父線程運行結(jié)束后，子線程可以繼續(xù)運行，子線程運行結(jié)束也不妨礙其父線程繼續(xù)運行。

六、線程的生命周期狀態(tài)

?在Java平臺中，一個線程從其創(chuàng)建、啟動到其運行結(jié)束的整個生命周期可能經(jīng)歷若干狀態(tài)。如下圖所示：

線程的狀態(tài)可以通過Thread.getState()調(diào)用來獲取。Thread.getState()的返回值類型Thread.State，它是Thread類內(nèi)部的一個枚舉類型。Thread.State所定義的線程狀態(tài)包括以下幾種：
??NEW：一個己創(chuàng)建而未啟動的線程處于該狀態(tài)。由于一個線程實例只能夠被啟動一次，因此一個線程只可能有一次處于該狀態(tài)。
??RUNNABLE：該狀態(tài)可以被看成一個復(fù)合狀態(tài)，它包括兩個子狀態(tài)：READY和RUNNING，但實際上Thread.State中并沒有定義這兩種狀態(tài)。前者表示處于該狀態(tài)的線程可以被線程調(diào)度器進行調(diào)度而使之處于RUNNING狀態(tài)。后者表示處于該狀態(tài)的線程正在運行，即相應(yīng)線程對象的run方法所對應(yīng)的指令正在由處理器執(zhí)行。執(zhí)行Thread.yield()的線程，其狀態(tài)可能會由RUNNING轉(zhuǎn)換為READY。處于READY子狀態(tài)的線程也被稱為活躍線程。
??BLOCKED：一個線程發(fā)起一個阻塞式I/0操作后，或者申請一個由其他線程持有的獨占資源（比如鎖）時，相應(yīng)的線程會處于該狀態(tài)。處于BLOCKED狀態(tài)的線程并不會占用處理器資源。當(dāng)阻塞式1/0操作完成后，或者線程獲得了其申請的資源，該線程的狀態(tài)又可以轉(zhuǎn)換為RUNNABLE。
??WAITING：一個線程執(zhí)行了某些特定方法之后就會處于這種等待其他線程執(zhí)行另外一些特定操作的狀態(tài)。能夠使其執(zhí)行線程變更為WAITING狀態(tài)的方法包括：Object.wait()、Thread.join()和LockSupport.park(Object)。能夠使相應(yīng)線程從WAITING變更為RUNNABLE的相應(yīng)方法包括：Object.notify()/notifyAll()和LockSupport.unpark(Object))。
??TIMED_WAITING：該狀態(tài)和WAITING類似，差別在于處于該狀態(tài)的線程并非無限制地等待其他線程執(zhí)行特定操作，而是處于帶有時間限制的等待狀態(tài)。當(dāng)其他線程沒有在指定時間內(nèi)執(zhí)行該線程所期望的特定操作時，該線程的狀態(tài)自動轉(zhuǎn)換為RUNNABLE。
??TERMINATED：已經(jīng)執(zhí)行結(jié)束的線程處于該狀態(tài)。由于一個線程實例只能夠被啟動一次，因此一個線程也只可能有一次處于該狀態(tài)。run方法正常返回或者由于拋出異常而提前終止都會導(dǎo)致相應(yīng)線程處于該狀態(tài)。
??一個線程在其整個生命周期中，只可能有一次處于NEW狀態(tài)和TERMINATED狀態(tài)。

七、多線程編程的優(yōu)勢

多線程編程具有以下優(yōu)勢：

提高系統(tǒng)的吞吐率：多線程編程使得一個進程中可以有多個并發(fā)（即同時進行的）的操作。例如，當(dāng)一個線程因為I/0操作而處于等待時，其他線程仍然可以執(zhí)行其操作。

提高響應(yīng)性：在使用多線程編程的情況下，對于GUI軟件（如桌面應(yīng)用程序）而言，一個慢的操作（比如從服務(wù)器上下載一個大的文件）并不會導(dǎo)致軟件的界面出現(xiàn)被“凍住”的現(xiàn)象而無法響應(yīng)用戶的其他操作；對于Web應(yīng)用程序而言，一個請求的處理慢了并不會影響其他請求的處理。

充分利用多核處理器資源：如今多核處理器的設(shè)備越來越普及，就算是手機這樣的消費類設(shè)備也普遍使用多核處理器。實施恰當(dāng)?shù)亩嗑€程編程有助于我們充分利用設(shè)備的多核處理器資源，從而避免了資源浪費。

多線程編程也有自身的問題與風(fēng)險，包括以下幾個方面:

線程安全問題。多個線程共享數(shù)據(jù)的時候，如果沒有采取相應(yīng)的并發(fā)訪問控制措施，那么就可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)一致性問題，如讀取臟數(shù)據(jù)（過期的數(shù)據(jù)）、丟失更新（某些線程所做的更新被其他線程所做的更新覆蓋）等。

線程活性問題。一個線程從其創(chuàng)建到運行結(jié)束的整個生命周期會經(jīng)歷若于狀態(tài)。從單個線程的角度來看，RUNNABLE狀態(tài)是我們所期望的狀態(tài)。但實際上，代碼編寫不當(dāng)可能導(dǎo)致某些線程一直處于等待其他線程釋放鎖的狀態(tài)(BLOCKED狀態(tài)），這種情況稱為死鎖（Deadlock）。當(dāng)然，一直忙碌的線程也可能會出現(xiàn)問題，它可能面臨活鎖(Livelock)問題，即一個線程一直在嘗試某個操作但就是無法進展。另外，線程是一種稀缺的計算資源，一個系統(tǒng)所擁有的處理器數(shù)最相比于該系統(tǒng)中存在的線程數(shù)量而言總是少之又少的。某些情況下可能出現(xiàn)線程饑餓(Starvation)的問題，即某些線程永遠無法獲取處理器執(zhí)行的機會而永遠處于RUNNABLE狀態(tài)的READY子狀態(tài)。

上下文切換。處理器從執(zhí)行一個線程轉(zhuǎn)向執(zhí)行另外一個線程的時候操作系統(tǒng)所需要做的一個動作被稱為上下文切換。由于處理器資源的稀缺性，因此上下文切換可以被看作多線程編程的必然副產(chǎn)物，它增加了系統(tǒng)的消耗，不利于系統(tǒng)的吞吐率。

感謝各位的閱讀！看完上述內(nèi)容，你們對JAVA中多線程編程方法的實例大概了解了嗎？希望文章內(nèi)容對大家有所幫助。如果想了解更多相關(guān)文章內(nèi)容，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。