Java 多線程系列文章第 5 篇。
什么是線程
試想一下沒有線程的程序是怎么樣的？百度網盤在上傳文件時就無法下載文件了，得等文件上傳完成后才能下載文件。這個我們現在看起來很反人性，因為我們習慣了一個程序同時可以進行運行多個功能，而這些都是線程的功勞。
之前的文章 進程知多少 中講到，為了實現多個程序並行執行，引入了進程概念。現在引入線程是為了讓一個程序能夠並發執行。
線程的組成
線程ID：線程標識符。
當前指令指針（PC）：指向要執行的指令。
寄存器集合：存儲單元寄存器的集合。
堆棧：暫時存放數據和地址，一般用來保護斷點和現場。
線程與進程區別
線程和進程之間的區別，我覺得可以用這個例子來看出兩者的不同，進程就是一棟房子，房子住着 3 個人，線程就是住在房子里的人。進程是一個獨立的個體，有自己的資源，線程是在進程里的，多個線程共享着進程的資源。
線程狀態
我們看到 Java 源代碼里面，線程狀態的枚舉有如下 6 個。
public enum State {
//新建狀態
NEW,
//運行狀態
RUNNABLE,
//阻塞狀態
BLOCKED,
//等待狀態
WAITING,
//等待狀態（區別在於這個有等待的時間）
TIMED_WAITING,
//終止狀態
TERMINATED;
}
下面給這 6 個狀態一一做下解釋。
NEW：新建狀態。在創建完 Thread ，還沒執行 start() 之前，線程的狀態一直是 NEW。可以說這個時候還沒有真正的一個線程映射着，只是一個對象。
RUNNABLE：運行狀態。線程對象調用 start() 之后，就進入 RUNNABLE 狀態，該狀態說明在 JVM 中有一個真實的線程存在。
BLOCKED：阻塞狀態。線程在等待鎖的釋放，也就是等待獲取 monitor 鎖。
WAITING：等待狀態。線程在這個狀態的時候，不會被分配 CPU，而且需要被顯示地喚醒，否則會一直等待下去。
TIMED_WAITING：超時等待狀態。這個狀態的線程也一樣不會被分配 CPU，但是它不會無限等待下去，有時間限制，時間一到就停止等待。
TERMINATED：終止狀態。線程執行完成結束，但不代表這個對象已經沒有了，對象可能還是存在的，只是線程不存在了。
線程既然有這么多個狀態，那肯定就有狀態機，也就是在什么情況下 A 狀態會變成 B 狀態。下面就來簡單描述一下。
結合下圖，我們 new 出線程類的時候，就是 NEW 狀態，調用 start() 方法，就進入了 RUNNABLE 狀態，這時如果觸發等待，則進入了 WAITING 狀態，如果觸發超時等待，則進入 TIMED_WAITING 狀態，當訪問需要同步的資源時，則只有一個線程能訪問，其他線程就進入 BLOCKED 狀態，當線程執行完后，進入 TERMINATED 狀態。
其實在 JVM 中，線程是有 9 個狀態，如下所示，有興趣的同學可以深入了解一下。
javaClasses.hpp
enum ThreadStatus {
NEW = 0,
RUNNABLE = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // runnable / running
JVMTI_THREAD_STATE_RUNNABLE,
SLEEPING = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // Thread.sleep()
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_WITH_TIMEOUT +
JVMTI_THREAD_STATE_SLEEPING,
IN_OBJECT_WAIT = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // Object.wait()
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_INDEFINITELY +
JVMTI_THREAD_STATE_IN_OBJECT_WAIT,
IN_OBJECT_WAIT_TIMED = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // Object.wait(long)
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_WITH_TIMEOUT +
JVMTI_THREAD_STATE_IN_OBJECT_WAIT,
PARKED = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // LockSupport.park()
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_INDEFINITELY +
JVMTI_THREAD_STATE_PARKED,
PARKED_TIMED = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // LockSupport.park(long)
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_WITH_TIMEOUT +
JVMTI_THREAD_STATE_PARKED,
BLOCKED_ON_MONITOR_ENTER = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // (re-)entering a synchronization block
JVMTI_THREAD_STATE_BLOCKED_ON_MONITOR_ENTER,
TERMINATED = JVMTI_THREAD_STATE_TERMINATED
};
Java 線程實現
下面講一講在 Java 中如何創建一個線程。眾所周知，實現 Java 線程有 2 種方式：繼承 Thread 類和實現 Runnable 接口。
繼承 Thread 類
繼承 Thread 類，重寫 run() 方法。
class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println("MyThread");
}
}
實現 Runnable 接口
實現 Runnable 接口，實現 run() 方法。
class MyRunnable implements Runnable {
public void run() {
System.out.println("MyRunnable");
}
}
這 2 種線程的啟動方式也不一樣。MyThread 是一個線程類，所以可以直接 new 出一個對象出來，接着調用 start() 方法來啟動線程；而 MyRunnable 只是一個普通的類，需要 new 出線程基類 Thread 對象，將 MyRunnable 對象傳進去。
下面是啟動線程的方式。
public class ThreadImpl {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
Thread myRunnable = new Thread(new MyRunnable());
System.out.println("main Thread begin");
myThread.start();
myRunnable.start();
System.out.println("main Thread end");
}
}
打印結果如下：
main Thread begin
main Thread end
MyThread
MyRunnable
看這結果，不像咱們之前的串行執行依次打印，主線程不會等待子線程執行完。
敲重點：不能直接調用 run()，直接調用 run() 不會創建線程，而是主線程直接執行 run() 的內容，相當於執行普通函數。這時就是串行執行的。看下面代碼。
public class ThreadImpl {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
Thread myRunnable = new Thread(new MyRunnable());
System.out.println("main Thread begin");
myThread.run();
myRunnable.run();
System.out.println("main Thread end");
}
}
打印結果：
main Thread begin
MyThread
MyRunnable
main Thread end
從結果看出只是串行的，但看不出沒有線程，我們看下面例子來驗證直接調用 run() 方法沒有創建新的線程，使用 VisualVM 工具來觀察線程情況。
我們對代碼做一下修改，加上 Thread.sleep(1000000) 讓它睡眠一段時間，這樣方便用工具查看線程情況。
調用 run() 的代碼：
public class ThreadImpl {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
myThread.setName("MyThread");
Thread myRunnable = new Thread(new MyRunnable());
myRunnable.setName("MyRunnable");
System.out.println("main Thread begin");
myThread.run();
myRunnable.run();
System.out.println("main Thread end");
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println("MyThread");
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class MyRunnable implements Runnable {
public void run() {
System.out.println("MyRunnable");
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
運行結果：
main Thread begin
MyThread
只打印出 2 句日志，觀察線程時也只看到 main 線程，沒有看到 MyThread 和 MyRunnable 線程，印證了上面咱們說的：直接調用 run() 方法，沒有創建線程。
下面我們來看看有
調用 start() 的代碼：
public class ThreadImpl {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
myThread.setName("MyThread");
Thread myRunnable = new Thread(new MyRunnable());
myRunnable.setName("MyRunnable");
System.out.println("main Thread begin");
myThread.start();
myRunnable.start();
System.out.println("main Thread end");
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
運行結果：
main Thread begin
main Thread end
MyThread
MyRunnable
所有日志都打印出來了，並且通過 VisualVM 工具可以看到 MyThread 和 MyRunnable 線程。看到了這個結果，切記創建線程要調用 start() 方法。
今天就先講到這，繼續關注后面的內容。
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