線程基礎：線程（1）——操作系統和線程原理

1、概述

我在寫“系統間通信技術專欄”的時候，收到很多讀者的反饋。其中有一部分讀者希望我抽空寫一寫自己關於對Java線程的使用經驗和總結。巧的是，這個月我所在的技術團隊也有很多同事跟我討論關於JAVA中線程的操作。正好本月我工作也不是很忙，除了繼續推進我的重點專欄“系統間通信技術”外，可以更多的空余時間跟各位讀者分享自己對JAVA線程技術的理解和使用經驗。

本人不才，應讀者要求新開專欄，與各位讀者分享自己對JAVA線程技術的理解和使用經驗。這個專欄將分成兩個部分：線程基礎知識和鎖知識。專欄的難度應該是我所開專欄中難度最低的一個，着重於線程基礎知識的講解，更適合JAVA初學者閱讀，目的是希望能夠幫助大家提高codeing水平和程序質量。如果您是經驗老道的高手也歡迎和本人討論相關問題，對本人文章的論點進行勘誤，您的支持是我寫作的關鍵動力。當然本人的更多精力還是放在繼續完成“系統間通信技術”這個專欄。（本系列的博客文章將不會置頂）

2、操作系統和線程原理

線程是一個操作系統級別的概念。JAVA語言（包括其他編程語言）本身不創建線程；而是調用操作系統層提供的接口創建、控制、銷毀線程實例。

• 首先要說明的是，根據操作系統的不同（Windows/Unix/Linux/其他），他們所支持的線程底層實現和操作效果也是不盡相同的。不過一個操作系統支持的線程至少會有四種狀態：就緒、執行、阻塞和終結。線程在四種狀態下進行切換，都是要消耗不少的CPU計算能力的。

• 並且根據操作系統使用線程的進程的不一樣，線程還分為用戶線程和操作系統線程。操作系統線程（內核線程），是指操作系統內核為了完成硬件接口層操作，由操作系統內核創建的線程：例如I/O操作的內核線程，這些線程應用程序是不能干預的；用戶線程，是指用戶安裝/管理的應用程序，為執行某一種操作，而由這個應用程序創建的線程。后文我們討論的JAVA線程，都是用戶級線程。

• 線程在創建時，操作系統不會為這個線程分配獨立的資源（除了必要的數據支撐）。一個應用程序（進程）下的所有線程，都是共享這個應用程序（進程）中的資源，例如這個應用程序的CPU資源、I/O資源、內存資源。

• 現在基本上主流操作系統都支持多線程實現。即一個應用程序中（一個進程中），可以創建多個線程。一個應用程序下，各個線程間都可以進行通訊、可以進行狀態互操作。且一個進程中，至少有一個線程存在。

3、JAVA中最簡單的線程示例

JAVA中提供了豐富的操作系統接口實現，幫助我們進行線程操作。這些實現分布在java的java.lang基礎包、java.io基礎包和java.util.concurrent工具包當中；這個專欄所涉及到的代碼示例也會從易到難向大家進行演示。我們先來看看JAVA中最基本的線程操作實現（高手請繞行）。

3-1、Thread父類

java.lang.Thread類是JAVA中用於實現線程操作的最基本的類之一。您可以創建一個集成Thread類的子類來定義您自己的線程實現：

package test.thread.base;

import org.apache.commons.logging.Log;
import org.apache.commons.logging.LogFactory;
import org.apache.log4j.BasicConfigurator;

public class MyDefindThread extends Thread {

    static {
        BasicConfigurator.configure();
    }

    /**
     * 日志。一定要使用Log4j才行。否則你就用System.out吧
     */
    private static final Log LOGGER= LogFactory.getLog(MyDefindThread.class);

    /* (non-Javadoc)
     * @see java.lang.Thread#run()
     */
    @Override
    public void run() {
        Long threadId =  this.getId();
        MyDefindThread.LOGGER.info("線程（" + threadId + "）做了一些事情，然后結束了。");
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new MyDefindThread().start();
    }
}

 

3-2、Runable接口

除了可以繼承java.lang.Thread類來定義自己的線程外，您還可以實現java.lang.Runnable接口來定義一個線程（一般情況，我們優先使用這種方式）：

package test.thread.base;

import org.apache.commons.logging.Log;
import org.apache.commons.logging.LogFactory;
import org.apache.log4j.BasicConfigurator;

public class MyDefindRunnable implements Runnable {

    static {
        BasicConfigurator.configure();
    }

    /**
     * 日志。一定要使用Log4j才行。否則你就用System.out吧
     */
    private static final Log LOGGER= LogFactory.getLog(MyDefindThread.class);

    /* (non-Javadoc)
     * @see java.lang.Runnable#run()
     */
    @Override
    public void run() {
        //　獲取當前線程的ＩＤ
        long threadId = Thread.currentThread().getId();
        MyDefindRunnable.LOGGER.info("線程（" + threadId + "）做了一些事情，然后結束了。");
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new Thread(new MyDefindRunnable()).start();
    }
}

以上的兩段代碼都沒有太多可講解的。您可以在調試環境下觀察到JAVA應用程序是如何運行線程的：

4、下文介紹

下一篇文章中，我們將繼續介紹Java所支持的線程間基本互操作，包括：阻塞、喚醒、終止等操作；然后介紹Java原生線程池的工作原理和基本操作。