Java 线程 -- 线程的创建、状态、方法和数据共享问题

多线程机制，目的就是为了提高程序的处理效率。

进程与线程

一个进程可以有很多线程，每条线程并行执行不同的任务。
单核的 CPU 不能够做到真正的多线程并发，在某一个时间点上实际上只能处理一件事情。
- 利用 CPU 极快的处理速度，将多个线程之间频繁切换执行，让外部感觉是多个事情同时在做。

进程（Process）

进程：一段程序的执行过程。就是正在运行中的程序。（狭义）
进程：是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。（广义）
是系统执行资源分配和调度的独立单位。
每一个进程都有独属于自己的存储空间和系统资源。
进程是驻留在内存中的。

线程（Thread）

线程：进程中一个单一顺序的控制流。
操作系统能够进行运算调度的最小单位。
线程被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。
线程是独立调度和分派的基本单位。
同一个进程内的线程共享该进程的全部系统资源，使用同一个堆内存和方法区内存。
每一个线程有一个独立的栈空间，互不干扰。

线程的状态及方法

在这里插入图片描述

新建状态：该线程对象刚被创建出来。
就绪状态（可运行状态）：表示当前线程具有抢夺 CPU 时间片的权力（CPU 时间片就是执行权）。
- 当一个线程抢夺到 CPU 时间片之后，就开始执行 run 方法，run 方法的开始执行标志着线程进入运行状态。
运行状态：获取到 CPU 资源后进入运行状态。执行 run 方法中的逻辑代码。
阻塞状态（等待阻塞）：阻塞状态是线程因为某种原因放弃 CPU 使用权，暂时停止运行。
- 等待阻塞：接收用户键盘输入、或者执行 sleep 方法等，此时线程会进入阻塞状态。
- 锁池（同步阻塞）：运行的线程在获取对象的同步锁时，需要等待别的线程释放锁，JVM 会把该线程放入锁池中。
死亡状态：线程 run 方法运行完毕，该线程结束。

线程的常用方法

线程优先级：最低优先级 1、默认优先级是 5、最高优先级 10。
线程默认名称：Thread-0、Thread-1、...、Thread-n。

方法名	方法类型	作用
start()	实例方法	启动一个线程分支，开辟一个新的栈空间；线程从新建状态、或阻塞态转到就绪态
run()	实例方法	线程从就绪态转到运行态
getName()	实例方法	获取当前线程名称
setName(String)	实例方法	设置当前线程名称
setPriority(int)	实例方法	设置当前线程的优先级
getPriority()	实例方法	获取当前线程的优先级
interrupt()	实例方法	终止线程的休眠
join()	实例方法	将一个线程合并到当前线程中，当前线程受阻塞，加入的线程执行直到结束
wait()	实例方法	等待，线程进入阻塞状态，等待同步锁
notify()、notifyAll()	实例方法	通知，线程释放同步锁，通知正在等待的线程
sleep(long)	静态方法	让当前线程休眠 n 秒
currentThread()	静态方法	获取当前线程对象
yield()	静态方法	让位方法，当前线程暂停，回到就绪状态，让给其它线程

线程的创建

Runnable 接口，线程接口类，只有一个必须实现的 run 方法。
Thread 类，线程类，实现了 Runnable 接口，拥有线程所有常用的方法，同时 run 丰富也是必须实现的。
Callable<> 枚举接口，线程接口类，只有一个 call 方法。
线程池只能放入实现 Runnable 或 Callable<> 类线程，不能直接放入继承 Thread 的类线程。
Callable<> 接口的 call()方法允许抛出异常，而 Runnable 接口的 run()方法的异常只能在内部 try 处理。

新建类

继承 Thread 类

创建线程类：MyThread thread1 = new MyThread("线程 1");。
run() 方法是必须实现的，线程调用要用 thread1.start() 方法。
MyThread 的类对象不能放入线程池，不支持。
没有返回值。

public class TestThread {
	
	public static void main(String[] args) {
		// 创建线程
		MyThread thread1 = new MyThread("线程 1");
		// 启动线程
		thread1.start();
		// 调用方法，不是启动线程
//		thread1.run();
		
		MyThread thread2 = new MyThread("线程 2");
		thread2.start();
	
	}
}

class MyThread extends Thread {
	
	public MyThread() {
	}
	
	public MyThread(String name) {
		super(name);
	}
	
	@Override
	public void run() {
		IntStream.range(0, 5).forEach(i -> {
			try {
				// 休眠 0.2 秒
				Thread.sleep(200L);
			} catch(InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			} finally {
				System.out.println(this.getName() + "，这是第 " + i + "次。");
			}
		});
	}
}

实现 Runnable 接口

创建线程类：MyRunnable runnable = new MyRunnable(); Thread thread1 = new Thread(runnable, "线程 1");。
run() 方法是必须实现的，线程调用要用 thread1.start() 方法。
MyRunnable 类对象可以放入线程池，同时推荐使用线程池的方式创建线程，不建议使用 new Thread() 的方式。
``没有返回值`。

public class TestThread {
	
	public static void main(String[] args) {
		MyRunnable runnable = new MyRunnable();
		// 创建线程（显式，不推荐）
		Thread thread1 = new Thread(runnable, "线程 1");
		// 启动线程
		thread1.start();
		
		Thread thread2 = new Thread(runnable, "线程 2");
		thread2.start();
	}

}

class MyRunnable implements Runnable {
	
	@Override
	public void run() {
		IntStream.range(0, 8).forEach(i -> {
			try {
				// 休眠 0.5 秒
				Thread.sleep(500L);
			} catch(InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			} finally {
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "，这是第 " + i + "次。");
			}
		});
	}
}

实现 Callable<> 接口

创建线程类：Thread thread1 = new Thread(task, "线程 1");。
call() 方法是必须实现的，线程调用要用 thread1.start() 方法。
MyCallable 类对象可以放入线程池，同时推荐使用线程池的方式创建线程，不建议使用 new Thread() 的方式。
有返回值。
call 方法可以抛出异常，而 run 方法不可以，只能在方法内部处理。
Callable<> 和相应的任务类都在 java.util.concurrent 包下。

public class TestThread {
	
	public static void main(String[] args) {
		MyCallable callable = new MyCallable();
		// 创建任务
		FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(callable);
		// 创建线程（显式，不推荐）
		Thread thread1 = new Thread(task, "线程 1");
		// 启动线程
		thread1.start();
		Integer obj = null;
		try {
			// 获取线程结果（会阻塞线程）
			obj = task.get();
		} catch(InterruptedException | ExecutionException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println("线程执行结果：" + obj);
		
		// 注意，同一个任务不会执行两次
		FutureTask<Integer> task2 = new FutureTask<>(callable);
		Thread thread2 = new Thread(task2, "线程 2");
		thread2.start();
		Integer obj2 = null;
		try {
			// 获取线程结果（会阻塞线程）
			obj2 = task2.get();
		} catch(InterruptedException | ExecutionException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println("线程执行结果：" + obj2);
	}

}

class MyCallable implements Callable<Integer> {
	
	@Override
	public Integer call() throws Exception {
		int integer = 0;
		for(int i = 0; i < 8; i++) {
			// 休眠 0.5 秒
			Thread.sleep(500L);
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "，这是第 " + i + "次。");
			integer += i;
		}
		return integer;
	}
}

注意：Callable<> 线程接口的发挥结果是 Future<> 接口下的实现类。

内部类

就是以内部类的方式实现一个线程类。

匿名内部类

适用于：关键代码只执行一次，无需重复执行 的情况。
因为，这个内部类是匿名的，根本没有办法再次调用。
匿名内部类是：new Runnable(){}。Runnable 类内实现 run 方法即可。
为什么不使用 Callable<> 类呢？使用匿名方式创建的任务无法用于输出结果。

public class TestThread {
	public static void main(String[] args) {
		// 创建线程（显式，不推荐）
		Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				IntStream.range(0, 4).forEach(i -> {
					try {
						// 休眠 1 秒
						Thread.sleep(1000L);
					} catch(InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					} finally {
						System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "，这是第 " + i + "次。");
					}
				});
			}
		}, "线程 1");
	}
}

内部类

适用于：关键代码只是在某个类中执行，其他类不会执行、该类一次只执行一次逻辑代码 的情况。
内部类是：new Thread(){}。

public class TestThread {
	
	private static final Thread DEMO_THREAD = new Thread("线程 demoThread") {
		@Override
		public void run() {
			IntStream.range(0, 5).forEach(i -> {
				try {
					// 休眠 0.7 秒
					Thread.sleep(700L);
				} catch(InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				} finally {
					System.out.println(this.getName() + "，这是第 " + i + "次。");
				}
			});
		}
	};
	
	public static void main(String[] args) {
		// 启动线程
		DEMO_THREAD.start();
	}
}

线程安全

《Java并发编程实践》中对线程安全的定义：

当多个线程访问一个对象时，如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替执行，也不需要进行额外的同步，或者在调用方进行任何其他的协调操作，调用这个对象的行为都可以获得正确的结果，那这个对象就是线程安全的。

换句话说就是：线程安全的对象被多个线程调用时，都等获得正确的结果。
实现方案：
- 加锁（如：synchronized）：给代码块或方法加上锁。
- 使用 Lock 锁机制：对线程不安全的代码块或方法采用 lock() 加锁，使用 unlock() 解锁。

共享数据

同样，主要就是要实现数据共享安全。

方法一：子线程内数据共享

就是：将共享数据放到子线程类内部。
注意：要对同一个线程类创建多个线程。
同时对数据更改代码添加 synchronized 锁，添加方法锁亦可。

public class ShareThread {
	
	public static void main(String[] args) {
		ShareRunnable shareRunnable1 = new ShareRunnable();
		Thread thread1 = new Thread(shareRunnable1, "线程 1");
		thread1.start();
		Thread thread2 = new Thread(shareRunnable1, "线程 2");
		thread2.start();
		
		// 验证结果
		System.out.println(shareRunnable1.date);
		try {
			Thread.sleep(10000);
		} catch(InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			System.out.println(shareRunnable1.date);
		}
	}

}

class ShareRunnable implements Runnable {
	
	public int date = 100;
	
	@Override
	public void run() {
		IntStream.range(0, 8).forEach(i -> {
			try {
				// 对代码块加锁
				synchronized(this) {
					date--;
				}
				// 休眠 0.5 秒
				Thread.sleep(500L);
			} catch(InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			} finally {
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 将 date 减一，这是第 " + i + "次。");
			}
		});
		System.out.println("最后 date 为：" + date);
	}
}

方法一：主线程中数据共享

就是：将共享数据放到主线程类中。
同时，对主线程的数据更改方法添加 synchronized 锁。
此时，子线程调用主线程的方法即可。
注意：要对同一个线程类创建多个线程。

public class ShareThread {
	
	private static int sum = 100;
	
	public static void main(String[] args) {
		SShareRunnable sShareRunnable = new SShareRunnable();
		Thread thread1 = new Thread(sShareRunnable, "线程 1");
		Thread thread2 = new Thread(sShareRunnable, "线程 2");
		thread1.start();
		thread2.start();
		
		// 验证结果
		System.out.println(ShareThread.getSum());
		try {
			Thread.sleep(5000);
		} catch(InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			System.out.println(ShareThread.getSum());
		}
	}
	
	public synchronized static void subtract() {
		sum--;
	}
	
	public static int getSum() {
		return sum;
	}

}

class SShareRunnable implements Runnable {
	
	@Override
	public void run() {
		IntStream.range(0, 4).forEach(i -> {
			try {
				ShareThread.subtract();
				// 休眠 0.5 秒
				Thread.sleep(500L);
			} catch(InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			} finally {
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 将 sum 减一，这是第 " + i + "次。");
			}
		});
	}
}

Java 线程 -- 线程的创建、状态、方法和数据共享问题

Java 线程 -- 线程的创建、状态、方法和数据共享问题

进程与线程

进程（Process）

线程（Thread）

线程的状态及方法

线程的常用方法

线程的创建

新建类

继承 Thread 类

实现 Runnable 接口

实现 Callable<> 接口

内部类

匿名内部类

内部类

线程安全

共享数据

方法一：子线程内 数据共享

方法一：主线程中 数据共享

方法一：子线程内数据共享

方法一：主线程中数据共享