快速入门Java多线程——基础篇一文帮你理清Java多线程基础知识：进程、线程的关系；Java多线程入门类和接口；Jav

快速入门Java多线程将会分为三篇文章：基础篇、原理篇、JDK 工具篇

进程与线程基本概念

进程和线程的提出极大的提高了操作系统的性能。

进程让操作系统的并发性成为了可能，而线程让进程的内部并发成为了可能。

进程是操作系统进行资源分配的基本单位，而线程是操作系统进行调度的基本单位，即CPU分配时间的单位。

本质区别是是否单独占有内存地址空间和其他系统资源。

上下文切换通常是计算密集型的，意味着此操作会消耗大量的 CPU 时间，故线程也不是越多越好。如何减少系统中上下文切换次数，是提升多线程性能的一个重点课题。

Java 多线程入门类和接口

Thread 与 Runnable

Runnable接口与Thread类

由于Java“单继承，多实现”的特性，Runnable接口使用起来比Thread更灵活。
Runnable接口出现更符合面向对象，将线程单独进行对象的封装。
Runnable接口出现，降低了线程对象和线程任务的耦合性。
如果使用线程时不需要使用Thread类的诸多方法，显然使用Runnable接口更为轻量。

Callable、Future 与 FutureTask

一般我们使用Runnable 但是Runnable没有返回值，所以引出Callable、Future 接口

Callable 一般配合线程池来使用，调用线程池的 submit 方法来让一个 Callable 接口执行。
Future和Callable可以用来给任务增加可取消性，所以可以使用Callable来代替Runnable。如果只是单纯增加可取消功能使用 Future 而不关心其结果，则可以声明Future<?>形式类型，并返回 null 作为任务结果。
Future 类的 cancel 方法是试图取消一个线程的执行，未必能取消成功。

Future接口有一个实现类叫FutureTask。FutureTask是实现的RunnableFuture接口的，而RunnableFuture接口同时继承了Runnable接口和Future接口

Future只是一个接口，而它里面的cancel，get，isDone等方法要自己实现起来都是非常复杂的。所以JDK提供了一个FutureTask类来供我们使用。

在很多高并发的环境下，有可能Callable和FutureTask会创建多次。FutureTask能够在高并发环境下确保任务只执行一次。

/**
  *
  * state可能的状态转变路径如下：
  * NEW -> COMPLETING -> NORMAL
  * NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL
  * NEW -> CANCELLED
  * NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED
  */
private volatile int state;
private static final int NEW          = 0;
private static final int COMPLETING   = 1;
private static final int NORMAL       = 2;
private static final int EXCEPTIONAL  = 3;
private static final int CANCELLED    = 4;
private static final int INTERRUPTING = 5;
private static final int INTERRUPTED  = 6;

线程组和线程优先级

ThreadGroup和Thread的关系就如同他们的字面意思一样简单粗暴，每个Thread必然存在于一个ThreadGroup中，Thread不能独立于ThreadGroup存在。如果在new Thread时没有显式指定，那么默认将父线程（当前执行new Thread的线程）线程组设置为自己的线程组。

Java程序中对线程所设置的优先级只是给操作系统一个建议，操作系统不一定会采纳。而真正的调用顺序，是由操作系统的线程调度算法决定的

一个线程默认是非守护线程，可以通过Thread类的setDaemon(boolean on)来设置。

总结来说，线程组是一个树状的结构，每个线程组下面可以有多个线程或者线程组。线程组可以起到统一控制线程的优先级和检查线程的权限的作用。

Java线程的状态及主要转化方法

操作系统线程主要有以下三个状态：

就绪状态(ready)：线程正在等待使用CPU，经调度程序调用之后可进入running状态。
执行状态(running)：线程正在使用CPU。
等待状态(waiting): 线程经过等待事件的调用或者正在等待其他资源（如I/O）。

// Thread.State 源码
public enum State {
    NEW,
    RUNNABLE,
    BLOCKED,
    WAITING,
    TIMED_WAITING,
    TERMINATED;
}

NEW

处于NEW状态的线程此时尚未启动。这里的尚未启动指的是还没调用Thread实例的start()方法。调用start不可以两次，threadStatus变量会被改变，不为 0 直接抛异常

RUNNABLE

表示当前线程正在运行中。处于RUNNABLE状态的线程在Java虚拟机中运行，也有可能在等待其他系统资源（比如I/O）。

Java线程的RUNNABLE状态其实是包括了传统操作系统线程的ready和running两个状态的。

BLOCKED

阻塞状态。处于BLOCKED状态的线程正等待锁的释放以进入同步区。

WAITING

等待状态。处于等待状态的线程变成RUNNABLE状态需要其他线程唤醒（notify，notifyAll）。

调用如下3个方法会使线程进入等待状态：

Object.wait()：使当前线程处于等待状态直到另一个线程唤醒它；
Thread.join()：等待线程执行完毕，底层调用的是Object实例的wait方法；
LockSupport.park()：除非获得调用许可，否则禁用当前线程进行线程调度。

TIME_WAITING

超时等待状态。线程等待一个具体的时间，时间到后会被自动唤醒。

调用如下方法会使线程进入超时等待状态：

Thread.sleep(long millis)：使当前线程睡眠指定时间；
Object.wait(long timeout)：线程休眠指定时间，等待期间可以通过notify()/notifyAll()唤醒；
Thread.join(long millis)：等待当前线程最多执行millis毫秒，如果millis为0，则会一直执行；
LockSupport.parkNanos(long nanos)：除非获得调用许可，否则禁用当前线程进行线程调度指定时间；
LockSupport.parkUntil(long deadline)：同上，也是禁止线程进行调度指定时间；

TERMINATED

终止状态。此时线程已执行完毕。

Java线程间的通信

在Java中，锁的概念都是基于对象的，所以我们又经常称它为对象锁。线程和锁的关系，我们可以用婚姻关系来理解。一个锁同一时间只能被一个线程持有。也就是说，一个锁如果和一个线程“结婚”（持有），那其他线程如果需要得到这个锁，就得等这个线程和这个锁“离婚”（释放）。

直接用synchronized上锁，线程需要不断地去尝试获得锁，如果失败了，再继续尝试。这可能会耗费服务器资源。
而等待/通知机制是另一种方式。Java多线程的等待/通知机制是基于Object类的wait()方法和notify(), notifyAll()方法来实现的。需要注意的是等待/通知机制使用的是使用同一个对象锁，如果你两个线程使用的是不同的对象锁，那它们之间是不能用等待/通知机制通信的。
使用volatile信号量进行通信
管道是基于“管道流”的通信方式。JDK提供了PipedWriter、 PipedReader、 PipedOutputStream、 PipedInputStream。其中，前面两个是基于字符的，后面两个是基于字节流的。
sleep方法是Thread类的一个静态方法。它的作用是让当前线程睡眠一段时间。sleep方法是不会释放当前的锁的，而wait方法会
- wait可以指定时间，也可以不指定；而sleep必须指定时间。
- wait释放cpu资源，同时释放锁；sleep释放cpu资源，但是不释放锁，所以易死锁。
- wait必须放在同步块或同步方法中，而sleep可以在任意位置
ThreadLocal是一个本地线程副本变量工具类。内部是一个弱引用的Map来维护。严格来说，ThreadLocal类并不属于多线程间的通信，而是让每个线程有自己”独立“的变量，线程之间互不影响。它为每个线程都创建一个副本，每个线程可以访问自己内部的副本变量。如果开发者希望将类的某个静态变量（user ID或者transaction ID）与线程状态关联，则可以考虑使用ThreadLocal。
InheritableThreadLocal类与ThreadLocal类稍有不同，Inheritable是继承的意思。它不仅仅是当前线程可以存取副本值，而且它的子线程也可以存取这个副本值。

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