java線程的含義與創建

一、并發編程簡介

1、基礎概念

• 程序

與計算機系統操作有關的計算機程序、規程、規則，以及可能有的文件、文檔及數據。

• 進程

進程是計算機中的程序，關于某數據集合上的一次運行活動，是系統進行資源分配和調度的基本單位，是操作系統結構的基礎。在早期面向進程設計的計算機結構中，進程是程序的基本執行實體；在面向線程設計的計算機結構中，進程是線程的容器。程序是指令、數據及其組織形式的描述，進程是程序的實體。

• 線程

線程是操作系統能夠進行運算調度的最小單位，包含在進程之中，是進程中的實際運作單位。一條線程指的是進程中一個單一順序的控制流，一個進程中可以并發多個線程，每條線程并行執行不同的任務。

• 順序編程

程序中的所有步驟在任意時刻只能執行一個步驟。編程中絕大部分場景都是基于順序編程。

• 并發編程

在一臺處理器上“同時”處理多個任務，并行處理程序中的復雜耗時任務。并發是在同一實體上的多個事件。多個事件在同一時間間隔發生。

2、入門案例

public class HelloThread {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello,Thread");
        // 當前線程名稱
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        // 線程系統的管理接口
        ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
        long[] threadIds = threadMXBean.getAllThreadIds() ;
        for (long id : threadIds) {
            ThreadInfo threadInfo = threadMXBean.getThreadInfo(id) ;
            System.out.println(threadInfo.getThreadId()+
                    ":"+threadInfo.getThreadName());
        }
    }
}

打印結果：

5:Monitor Ctrl-Break
4:Signal Dispatcher
3:Finalizer
2:Reference Handler
1:main

由此可知上述一段簡單的Java程序，不止一條main線程在執行。

二、線程創建方式

1、繼承Thread類

Thread類的基礎結構：

class Thread implements Runnable

這里已經實現了Runnable接口。

public class CreateThread01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 調用方法
        MyThread1 myThread1 = new MyThread1() ;
        myThread1.start();
    }
}
class MyThread1 extends Thread {
    // 設置線程名稱
    public MyThread1 (){
        super("CicadaThread");
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

2、實現Runnable接口

如果創建的線程類已經存在父類，則不能再繼承Thread類，在Java中不允許多繼承，這時就可以實現Runnable接口。

public class CreateThread02 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new MyThread2(),"MyThread2") ;
        thread.start();
    }
}
class MyThread2 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" run ...");
    }
}

3、匿名內部類

在一個類里面定義一個類，稱為內部類。內部類就相當于外部類的一個成員，可以把內部類看成一個整體。

public class CreateThread03 {
    public static void main(String[] args) {
        //方式1
        new Thread("ThreadName1") {
            public void run() {
                System.out.println("1:"+Thread.currentThread().getName());
            };
        }.start();

        //方式2
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println("2:"+Thread.currentThread().getName());
            }
        },"ThreadName2"){
            // 這里重寫了run方法
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("3:"+Thread.currentThread().getName());
            }
        }.start();
    }
}

4、返回值線程

顧名思義，該線程線程異步執行后，可以返回線程的處理結果。

public class CreateThread04 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        MyThread4 myThread4 = new MyThread4();
        FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(myThread4);
        Thread thread = new Thread(task,"TaskThread");
        thread.start();
        // 等待獲取結果
        // Integer result = task.get();
        // 設置獲取結果的等待時間，超時拋出：TimeoutException
        Integer result = task.get(3, TimeUnit.SECONDS) ;
        System.out.println("result="+result);
    }
}
class MyThread4 implements Callable<Integer> {
    // 封裝線程執行的任務
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        Thread.sleep(1000);
        return 2+3;
    }
}

5、定時任務

Timer是后臺線程執行任務調度的工具類，可以根據規則配置定期執行或者重復執行。

class TimerTask implements Runnable

任務類：TimerTask結構實現Runnable接口。

public class CreateThread05 {
    public static void main(String[] args) {
        Timer timer = new Timer();
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("延遲1s,每隔3s執行一次");
            }
        }, 1000, 3000);
    }
}

6、線程池管理

線程池是一種多線程處理形式，處理過程中將任務添加到隊列，然后在創建線程后自動啟動這些任務。

public class CreateThread06 {
    public static void main(String[] args) {
        Executor threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for(int i = 0 ;i < 5 ; i++) {
            threadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                }
            });
        }
    }
}

三、線程狀態管理

1、狀態描述

• NEW

初始狀態：構建線程實例后，調用start()方法啟動前，處于該狀態。

• RUNNABLE

運行狀態：在Java線程中，就緒和運行兩個狀態稱作運行狀態，在實際的執行過程中，這兩個狀態是隨時可能切換的。啟動start()方法被調用，或者sleep()后，join()結束等，就進入RUNNABLE就緒狀態，開始等待CPU時間片；線程調度選中該線程、并分配了CPU時間片后，該線程盡管處于Runnable狀態，就是運行狀態(Running)；

• BLOCKED

阻塞狀態：通常指被鎖機制阻塞，表示線程正在獲取有鎖控制的資源。

• WAITING

等待狀態：進入該狀態的線程，等待被其他線程發出通知或中斷，也稱顯式喚醒。

• TIMED_WAITING

超時等待狀態：該狀態不同于WAITING狀態，該狀態的線程可以在指定的時間后自動喚醒；

• TERMINATED

終止狀態：表示當前線程任務執行完畢。

2、案例流程分析

public class StateCycle01 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 進入初始狀態
        StateThread01 stateThread01 = new StateThread01();
        FutureTask<String> task = new FutureTask<>(stateThread01);
        Thread thread = new Thread(task,"GetValueThread");
        // 運行狀態
        thread.start();
        // 超時等待結果
        String result = task.get(3, TimeUnit.SECONDS) ;
        System.out.println("result="+result);

        StateThread02 stateThread02 = new StateThread02() ;
        Thread thread1 = new Thread(stateThread02,"WaitThread");
        thread1.start();
    }
}
class StateThread01 implements Callable<String> {
    @Override
    public String call() throws Exception {
        // 超時等待
        Thread.sleep(1000);
        return "Hello,Cicada";
    }
}
class StateThread02 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        synchronized (StateCycle01.class) {
            System.out.println("進入線程...");
            try {
                // 等待狀態，放棄對象鎖
                StateCycle01.class.wait(2000);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("線程繼續...");
        }
    }
}

上述流程描述了線程不同狀態之間的切換，基本流程圖如下。

線程的狀態描述起來不算復雜，但是每個狀態間的切換，是非常的復雜，后續會分模塊單個解釋。

四、優缺點總結

1、優點說明

最直接作用使程序執行的效率大幅度提升;程序異步解耦，在web開發中，經常有后續的程序要執行，有需要快速的用戶界面響應；當然熟練使用并發編程，也是一個優秀程序員必備技能 。

2、缺點分析

并發編程學習的曲線非常陡峭，難度較大；多線程之間爭搶資源容易出現問題；并不是線程越多，執行速度就越快，線程之前切換是耗時的，需要合理創建和使用鎖機制；線程創建和之間的通信需要很清晰的邏輯；線程死鎖問題更是無法完全避免的問題；所以在一般情況下公司對線程使用的規范是十分嚴格的。