Java總結篇系列：Java多線程（一）

多線程作為Java中很重要的一個知識點，在此還是有必要總結一下的。

一.線程的生命周期及五種基本狀態

關於Java中線程的生命周期，首先看一下下面這張較為經典的圖：

上圖中基本上囊括了Java中多線程各重要知識點。掌握了上圖中的各知識點，Java中的多線程也就基本上掌握了。主要包括：

Java線程具有五中基本狀態

新建狀態（New）：當線程對象對創建后，即進入了新建狀態，如：Thread t = new MyThread();

就緒狀態（Runnable）：當調用線程對象的start()方法（t.start();），線程即進入就緒狀態。處於就緒狀態的線程，只是說明此線程已經做好了准備，隨時等待CPU調度執行，並不是說執行了t.start()此線程立即就會執行；

運行狀態（Running）：當CPU開始調度處於就緒狀態的線程時，此時線程才得以真正執行，即進入到運行狀態。注：就     緒狀態是進入到運行狀態的唯一入口，也就是說，線程要想進入運行狀態執行，首先必須處於就緒狀態中；

阻塞狀態（Blocked）：處於運行狀態中的線程由於某種原因，暫時放棄對CPU的使用權，停止執行，此時進入阻塞狀態，直到其進入到就緒狀態，才 有機會再次被CPU調用以進入到運行狀態。根據阻塞產生的原因不同，阻塞狀態又可以分為三種：

1.等待阻塞：運行狀態中的線程執行wait()方法，使本線程進入到等待阻塞狀態；

2.同步阻塞 -- 線程在獲取synchronized同步鎖失敗(因為鎖被其它線程所占用)，它會進入同步阻塞狀態；

3.其他阻塞 -- 通過調用線程的sleep()或join()或發出了I/O請求時，線程會進入到阻塞狀態。當sleep()狀態超時、join()等待線程終止或者超時、或者I/O處理完畢時，線程重新轉入就緒狀態。

死亡狀態（Dead）：線程執行完了或者因異常退出了run()方法，該線程結束生命周期。

 

二. Java多線程的創建及啟動

Java中線程的創建常見有如三種基本形式

1.繼承Thread類，重寫該類的run()方法。

class MyThread extends Thread {  2     
    private int i = 0;  4 
 @Override  6     public void run() {  7         for (i = 0; i < 100; i++) {  8             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);  9  } 10  } 11 }

public class ThreadTest {  2 
    public static void main(String[] args) {  4         for (int i = 0; i < 100; i++) {  5             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);  6             if (i == 30) {  7                 Thread myThread1 = new MyThread();     // 創建一個新的線程 myThread1 此線程進入新建狀態
                Thread myThread2 = new MyThread();     // 創建一個新的線程 myThread2 此線程進入新建狀態
                myThread1.start();                     // 調用start()方法使得線程進入就緒狀態
                myThread2.start();                     // 調用start()方法使得線程進入就緒狀態
 } 12  } 13  } 14 }

如上所示，繼承Thread類，通過重寫run()方法定義了一個新的線程類MyThread，其中run()方法的方法體代表了線程需要完成的任務，稱之為線程執行體。當創建此線程類對象時一個新的線程得以創建，並進入到線程新建狀態。通過調用線程對象引用的start()方法，使得該線程進入到就緒狀態，此時此線程並不一定會馬上得以執行，這取決於CPU調度時機。

2.實現Runnable接口，並重寫該接口的run()方法，該run()方法同樣是線程執行體，創建Runnable實現類的實例，並以此實例作為Thread類的target來創建Thread對象，該Thread對象才是真正的線程對象。

class MyRunnable implements Runnable {  2     private int i = 0;  3 
 @Override  5     public void run() {  6         for (i = 0; i < 100; i++) {  7             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);  8  }  9  } 10 }

public class ThreadTest {  2 
    public static void main(String[] args) {  4         for (int i = 0; i < 100; i++) {  5             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);  6             if (i == 30) {  7                 Runnable myRunnable = new MyRunnable(); // 創建一個Runnable實現類的對象
                Thread thread1 = new Thread(myRunnable); // 將myRunnable作為Thread target創建新的線程
                Thread thread2 = new Thread(myRunnable); 10                 thread1.start(); // 調用start()方法使得線程進入就緒狀態
 thread2.start(); 12  } 13  } 14  } 15 }

相信以上兩種創建新線程的方式大家都很熟悉了，那么Thread和Runnable之間到底是什么關系呢？我們首先來看一下下面這個例子。

public class ThreadTest {  2 
    public static void main(String[] args) {  4         for (int i = 0; i < 100; i++) {  5             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);  6             if (i == 30) {  7                 Runnable myRunnable = new MyRunnable();  8                 Thread thread = new MyThread(myRunnable);  9  thread.start(); 10  } 11  } 12  } 13 } 14 
class MyRunnable implements Runnable { 16     private int i = 0; 17 
 @Override 19     public void run() { 20         System.out.println("in MyRunnable run"); 21         for (i = 0; i < 100; i++) { 22             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); 23  } 24  } 25 } 26 
class MyThread extends Thread { 28 
    private int i = 0; 30     
    public MyThread(Runnable runnable){ 32         super(runnable); 33  } 34 
 @Override 36     public void run() { 37         System.out.println("in MyThread run"); 38         for (i = 0; i < 100; i++) { 39             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); 40  } 41  } 42 }

同樣的，與實現Runnable接口創建線程方式相似，不同的地方在於

Thread thread = new MyThread(myRunnable);

那么這種方式可以順利創建出一個新的線程么？答案是肯定的。至於此時的線程執行體到底是MyRunnable接口中的run()方法還是MyThread類中的run()方法呢？通過輸出我們知道線程執行體是MyThread類中的run()方法。其實原因很簡單，因為Thread類本身也是實現了Runnable接口，而run()方法最先是在Runnable接口中定義的方法。

public interface Runnable { 2    
    public abstract void run(); 4     
}

我們看一下Thread類中對Runnable接口中run()方法的實現：

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

也就是說，當執行到Thread類中的run()方法時，會首先判斷target是否存在，存在則執行target中的run()方法，也就是實現了Runnable接口並重寫了run()方法的類中的run()方法。但是上述給到的列子中，由於多態的存在，根本就沒有執行到Thread類中的run()方法，而是直接先執行了運行時類型即MyThread類中的run()方法。

3.使用Callable和Future接口創建線程。具體是創建Callable接口的實現類，並實現clall()方法。並使用FutureTask類來包裝Callable實現類的對象，且以此FutureTask對象作為Thread對象的target來創建線程。

 看着好像有點復雜，直接來看一個例子就清晰了。

public class ThreadTest {  2 
    public static void main(String[] args) {  4 
        Callable<Integer> myCallable = new MyCallable();    // 創建MyCallable對象
        FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<Integer>(myCallable); //使用FutureTask來包裝MyCallable對象

        for (int i = 0; i < 100; i++) {  9             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); 10             if (i == 30) { 11                 Thread thread = new Thread(ft);   //FutureTask對象作為Thread對象的target創建新的線程
                thread.start();                      //線程進入到就緒狀態
 } 14  } 15 
        System.out.println("主線程for循環執行完畢.."); 17         
        try { 19             int sum = ft.get();            //取得新創建的新線程中的call()方法返回的結果
            System.out.println("sum = " + sum); 21         } catch (InterruptedException e) { 22  e.printStackTrace(); 23         } catch (ExecutionException e) { 24  e.printStackTrace(); 25  } 26 
 } 28 } 29 

class MyCallable implements Callable<Integer> { 32     private int i = 0; 33 
    // 與run()方法不同的是，call()方法具有返回值
 @Override 36     public Integer call() { 37         int sum = 0; 38         for (; i < 100; i++) { 39             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); 40             sum += i; 41  } 42         return sum; 43  } 44 
}

首先，我們發現，在實現Callable接口中，此時不再是run()方法了，而是call()方法，此call()方法作為線程執行體，同時還具有返回值！在創建新的線程時，是通過FutureTask來包裝MyCallable對象，同時作為了Thread對象的target。那么看下FutureTask類的定義：

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> { 2     
    //....
    
}

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> { 2     
    void run(); 4     
}

於是，我們發現FutureTask類實際上是同時實現了Runnable和Future接口，由此才使得其具有Future和Runnable雙重特性。通過Runnable特性，可以作為Thread對象的target，而Future特性，使得其可以取得新創建線程中的call()方法的返回值。

執行下此程序，我們發現sum = 4950永遠都是最后輸出的。而“主線程for循環執行完畢..”則很可能是在子線程循環中間輸出。由CPU的線程調度機制，我們知道，“主線程for循環執行完畢..”的輸出時機是沒有任何問題的，那么為什么sum =4950會永遠最后輸出呢？

原因在於通過ft.get()方法獲取子線程call()方法的返回值時，當子線程此方法還未執行完畢，ft.get()方法會一直阻塞，直到call()方法執行完畢才能取到返回值。

上述主要講解了三種常見的線程創建方式，對於線程的啟動而言，都是調用線程對象的start()方法，需要特別注意的是：不能對同一線程對象兩次調用start()方法。

 

三. Java多線程的就緒、運行和死亡狀態

就緒狀態轉換為運行狀態：當此線程得到處理器資源；

運行狀態轉換為就緒狀態：當此線程主動調用yield()方法或在運行過程中失去處理器資源。

運行狀態轉換為死亡狀態：當此線程線程執行體執行完畢或發生了異常。

此處需要特別注意的是：當調用線程的yield()方法時，線程從運行狀態轉換為就緒狀態，但接下來CPU調度就緒狀態中的哪個線程具有一定的隨機性，因此，可能會出現A線程調用了yield()方法后，接下來CPU仍然調度了A線程的情況。

由於實際的業務需要，常常會遇到需要在特定時機終止某一線程的運行，使其進入到死亡狀態。目前最通用的做法是設置一boolean型的變量，當條件滿足時，使線程執行體快速執行完畢。如：

public class ThreadTest {  2 
    public static void main(String[] args) {  4 
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();  6         Thread thread = new Thread(myRunnable);  7         
        for (int i = 0; i < 100; i++) {  9             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); 10             if (i == 30) { 11  thread.start(); 12  } 13             if(i == 40){ 14  myRunnable.stopThread(); 15  } 16  } 17  } 18 } 19 
class MyRunnable implements Runnable { 21 
    private boolean stop; 23 
 @Override 25     public void run() { 26         for (int i = 0; i < 100 && !stop; i++) { 27             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i); 28  } 29  } 30 
    public void stopThread() { 32         this.stop = true; 33  } 34 
}