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Java - 多线程(Multithreading)

Java是一种multi-threaded programming language ，这意味着我们可以使用Java开发多线程程序。 多线程程序包含两个或多个可以并发运行的部分，每个部分可以同时处理不同的任务，特别是在计算机有多个CPU时，可以充分利用可用资源。

根据定义，多任务处理是指多个进程共享公共处理资源（如CPU）。 多线程将多任务处理的概念扩展到可以将单个应用程序中的特定操作细分为单个线程的应用程序中。 每个线程可以并行运行。 OS不仅在不同的应用程序之间划分处理时间，而且在应用程序中的每个线程之间划分处理时间。

多线程使您能够以多种活动可以在同一程序中同时进行的方式进行编写。

线程的生命周期

线程在其生命周期中经历各个阶段。 例如，一个线程诞生，启动，运行，然后死亡。 下图显示了线程的完整生命周期。

Java线程

以下是生命周期的各个阶段 -

  • New - 一个新线程在新状态下开始其生命周期。 它一直处于这种状态，直到程序启动线程。 它也被称为born thread 。

  • Runnable - 启动新生成的线程后，线程变为可运行。 处于此状态的线程被视为正在执行其任务。

  • Waiting - 有时，当线程等待另一个线程执行任务时，线程转换到等待状态。 只有当另一个线程通知等待线程继续执行时，线程才会转换回可运行状态。

  • Timed Waiting - 可运行的线程可以在指定的时间间隔内进入定时等待状态。 当该时间间隔到期或者等待的事件发生时，处于此状态的线程转换回可运行状态。

  • Terminated (Dead) - 可运行线程在完成任务或以其他方式终止时进入终止状态。

线程优先级

每个Java线程都有一个优先级，可帮助操作系统确定线程的调度顺序。

Java线程优先级在MIN_PRIORITY（常量为1）和MAX_PRIORITY（常量为10）之间。 默认情况下，每个线程都被赋予优先级NORM_PRIORITY（常量为5）。

具有较高优先级的线程对程序更重要，应在较低优先级的线程之前分配处理器时间。 但是，线程优先级不能保证线程执行的顺序，并且非常依赖于平台。

通过实现Runnable接口创建一个线程

如果您的类要作为线程执行，那么您可以通过实现Runnable接口来实现此目的。 您需要遵循三个基本步骤 -

Step 1

作为第一步，您需要实现Runnable接口提供的run（）方法。 此方法为线程提供了一个入口点，您将把完整的业务逻辑放在此方法中。 以下是run（）方法的简单语法 - 

public void run( )

Step 2

作为第二步，您将使用以下构造函数实例化Thread对象 - 

Thread(Runnable threadObj, String threadName);

其中， threadObj是实现Runnable接口的类的实例， threadName是为新线程指定的名称。

Step 3

一旦创建了Thread对象，就可以通过调用start()方法来启动它，该方法执行对run（）方法的调用。 以下是start（）方法的简单语法 - 

void start();

例子 (Example)

这是一个创建新线程并开始运行它的示例 - 

class RunnableDemo implements Runnable {
   private Thread t;
   private String threadName;
   RunnableDemo( String name) {
      threadName = name;
      System.out.println("Creating " +  threadName );
   }
   public void run() {
      System.out.println("Running " +  threadName );
      try {
         for(int i = 4; i > 0; i--) {
            System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i);
            // Let the thread sleep for a while.
            Thread.sleep(50);
         }
      } catch (InterruptedException e) {
         System.out.println("Thread " +  threadName + " interrupted.");
      }
      System.out.println("Thread " +  threadName + " exiting.");
   }
   public void start () {
      System.out.println("Starting " +  threadName );
      if (t == null) {
         t = new Thread (this, threadName);
         t.start ();
      }
   }
}
public class TestThread {
   public static void main(String args[]) {
      RunnableDemo R1 = new RunnableDemo( "Thread-1");
      R1.start();
      RunnableDemo R2 = new RunnableDemo( "Thread-2");
      R2.start();
   }   
}

这将产生以下结果 -

输出 (Output)

Creating Thread-1
Starting Thread-1
Creating Thread-2
Starting Thread-2
Running Thread-1
Thread: Thread-1, 4
Running Thread-2
Thread: Thread-2, 4
Thread: Thread-1, 3
Thread: Thread-2, 3
Thread: Thread-1, 2
Thread: Thread-2, 2
Thread: Thread-1, 1
Thread: Thread-2, 1
Thread Thread-1 exiting.
Thread Thread-2 exiting.

通过扩展线程类来创建线程

创建线程的第二种方法是使用以下两个简单步骤创建一个扩展Thread类的新类。 此方法在处理使用Thread类中的可用方法创建的多个线程时提供了更大的灵活性。

Step 1

您将需要覆盖Thread类中可用的run( )方法。 此方法为线程提供了一个入口点，您将把完整的业务逻辑放在此方法中。 以下是run（）方法的简单语法 - 

public void run( )

Step 2

一旦创建了Thread对象，就可以通过调用start()方法来启动它，该方法执行对run（）方法的调用。 以下是start（）方法的简单语法 - 

void start( );

例子 (Example)

这是前面的程序重写以扩展线程 - 

class ThreadDemo extends Thread {
   private Thread t;
   private String threadName;
   ThreadDemo( String name) {
      threadName = name;
      System.out.println("Creating " +  threadName );
   }
   public void run() {
      System.out.println("Running " +  threadName );
      try {
         for(int i = 4; i > 0; i--) {
            System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i);
            // Let the thread sleep for a while.
            Thread.sleep(50);
         }
      } catch (InterruptedException e) {
         System.out.println("Thread " +  threadName + " interrupted.");
      }
      System.out.println("Thread " +  threadName + " exiting.");
   }
   public void start () {
      System.out.println("Starting " +  threadName );
      if (t == null) {
         t = new Thread (this, threadName);
         t.start ();
      }
   }
}
public class TestThread {
   public static void main(String args[]) {
      ThreadDemo T1 = new ThreadDemo( "Thread-1");
      T1.start();
      ThreadDemo T2 = new ThreadDemo( "Thread-2");
      T2.start();
   }   
}

这将产生以下结果 -

输出 (Output)

Creating Thread-1
Starting Thread-1
Creating Thread-2
Starting Thread-2
Running Thread-1
Thread: Thread-1, 4
Running Thread-2
Thread: Thread-2, 4
Thread: Thread-1, 3
Thread: Thread-2, 3
Thread: Thread-1, 2
Thread: Thread-2, 2
Thread: Thread-1, 1
Thread: Thread-2, 1
Thread Thread-1 exiting.
Thread Thread-2 exiting.

线程方法

以下是Thread类中可用的重要方法列表。

Sr.No. 方法和描述
1

public void start()

在单独的执行路径中启动线程，然后在此Thread对象上调用run（）方法。

2

public void run()

如果使用单独的Runnable目标实例化此Thread对象，则在该Runnable对象上调用run（）方法。

3

public final void setName(String name)

更改Thread对象的名称。 还有一个用于检索名称的getName（）方法。

4

public final void setPriority(int priority)

设置此Thread对象的优先级。 可能的值介于1和10之间。

5

public final void setDaemon(boolean on)

参数true表示此Thread作为守护程序线程。

6

public final void join(long millisec)

当前线程在第二个线程上调用此方法，导致当前线程阻塞，直到第二个线程终止或指定的毫秒数通过。

7

public void interrupt()

中断此线程，如果因任何原因被阻止，将导致其继续执行。

8

public final boolean isAlive()

如果线程处于活动状态，则返回true，这是线程启动后但在运行完成之前的任何时间。

在特定的Thread对象上调用以前的方法。 Thread类中的以下方法是静态的。 调用其中一个静态方法会对当前运行的线程执行操作。

Sr.No. 方法和描述
1

public static void yield()

使当前运行的线程屈服于等待调度的任何其他具有相同优先级的线程。

2

public static void sleep(long millisec)

导致当前运行的线程阻塞至少指定的毫秒数。

3

public static boolean holdsLock(Object x)

如果当前线程持有给定Object的锁，则返回true。

4

public static Thread currentThread()

返回对当前运行的线程的引用，该线程是调用此方法的线程。

5

public static void dumpStack()

打印当前运行的线程的堆栈跟踪，这在调试多线程应用程序时很有用。

例子 (Example)

下面的ThreadClassDemo程序演示了Thread类的一些方法。 考虑一个实现Runnable的类DisplayMessage - 

// File Name : DisplayMessage.java
// Create a thread to implement Runnable
public class DisplayMessage implements Runnable {
   private String message;
   public DisplayMessage(String message) {
      this.message = message;
   }
   public void run() {
      while(true) {
         System.out.println(message);
      }
   }
}

以下是另一个扩展Thread类的类 - 

// File Name : GuessANumber.java
// Create a thread to extentd Thread
public class GuessANumber extends Thread {
   private int number;
   public GuessANumber(int number) {
      this.number = number;
   }
   public void run() {
      int counter = 0;
      int guess = 0;
      do {
         guess = (int) (Math.random() * 100 + 1);
         System.out.println(this.getName() + " guesses " + guess);
         counter++;
      } while(guess != number);
      System.out.println("** Correct!" + this.getName() + "in" + counter + "guesses.**");
   }
}

以下是主程序，它使用上面定义的类 - 

// File Name : ThreadClassDemo.java
public class ThreadClassDemo {
   public static void main(String [] args) {
      Runnable hello = new DisplayMessage("Hello");
      Thread thread1 = new Thread(hello);
      thread1.setDaemon(true);
      thread1.setName("hello");
      System.out.println("Starting hello thread...");
      thread1.start();
      Runnable bye = new DisplayMessage("Goodbye");
      Thread thread2 = new Thread(bye);
      thread2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
      thread2.setDaemon(true);
      System.out.println("Starting goodbye thread...");
      thread2.start();
      System.out.println("Starting thread3...");
      Thread thread3 = new GuessANumber(27);
      thread3.start();
      try {
         thread3.join();
      } catch (InterruptedException e) {
         System.out.println("Thread interrupted.");
      }
      System.out.println("Starting thread4...");
      Thread thread4 = new GuessANumber(75);
      thread4.start();
      System.out.println("main() is ending...");
   }
}

这将产生以下结果。 您可以反复尝试此示例，每次都会得到不同的结果。

输出 (Output)

Starting hello thread...
Starting goodbye thread...
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Goodbye
Goodbye
Goodbye
Goodbye
Goodbye
.......

主要的Java多线程概念

在使用Java进行多线程编程时，您需要使用以下概念 -

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