ColorfulC ·Java 多線(xiàn)程
本小節(jié)我們將學(xué)習(xí) Java 多線(xiàn)程，通過(guò)本小節(jié)的學(xué)習(xí)，你將了解到什么是線(xiàn)程，如何創(chuàng)建線(xiàn)程，創(chuàng)建線(xiàn)程有哪幾種方式，線(xiàn)程的狀態(tài)、生命周期等內(nèi)容。掌握多線(xiàn)程的代碼編寫(xiě)，并理解線(xiàn)程生命周期等內(nèi)容是本小節(jié)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。
1. 什么是線(xiàn)程
要了解什么是線(xiàn)程，就要先了解進(jìn)程的概念。
進(jìn)程，是指計(jì)算機(jī)中已運(yùn)行的程序，它是一個(gè)動(dòng)態(tài)執(zhí)行的過(guò)程。假設(shè)我們電腦上同時(shí)運(yùn)行了瀏覽器、QQ 以及代碼編輯器三個(gè)軟件，這三個(gè)軟件之所以同時(shí)運(yùn)行，就是進(jìn)程所起的作用。
線(xiàn)程是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行運(yùn)算調(diào)度的最小單位。大部分情況下，它被包含在進(jìn)程之中，是進(jìn)程中的實(shí)際運(yùn)作單位。也就是說(shuō)一個(gè)進(jìn)程可以包含多個(gè)線(xiàn)程， 因此線(xiàn)程也被稱(chēng)為輕量級(jí)進(jìn)程。
如果你還是對(duì)于進(jìn)程和線(xiàn)程的概念有所困惑，推薦一篇比較優(yōu)秀的文章，有助于幫助你理解進(jìn)程和線(xiàn)程的概念。
2. 創(chuàng)建線(xiàn)程
在 Java 中，創(chuàng)建線(xiàn)程有以下 3 種方式：
- 繼承
Thread類(lèi)，重寫(xiě)run()方法，該方法代表線(xiàn)程要執(zhí)行的任務(wù)； - 實(shí)現(xiàn)
Runnable接口，實(shí)現(xiàn)run()方法，該方法代表線(xiàn)程要執(zhí)行的任務(wù)； - 實(shí)現(xiàn)
Callable接口，實(shí)現(xiàn)call()方法，call()方法作為線(xiàn)程的執(zhí)行體，具有返回值，并且可以對(duì)異常進(jìn)行聲明和拋出。
下面我們分別來(lái)看下這 3 種方法的具體實(shí)現(xiàn)。
2.1 Thread 類(lèi)
Thread 類(lèi)是一個(gè)線(xiàn)程類(lèi)，位于 java.lang 包下。
2.1.1 構(gòu)造方法
Thread 類(lèi)的常用構(gòu)造方法如下：
Thread()：創(chuàng)建一個(gè)線(xiàn)程對(duì)象；Thread(String name)：創(chuàng)建一個(gè)指定名稱(chēng)的線(xiàn)程對(duì)象；Thread(Runnable target)：創(chuàng)建一個(gè)基于Runnable接口實(shí)現(xiàn)類(lèi)的線(xiàn)程對(duì)象；Thread(Runnable target, String name)：創(chuàng)建一個(gè)基于Runnable接口實(shí)現(xiàn)類(lèi)，并具有指定名稱(chēng)的線(xiàn)程對(duì)象。
2.1.2 常用方法
void run()：線(xiàn)程相關(guān)的代碼寫(xiě)在該方法中，一般需要重寫(xiě)；
void start()：?jiǎn)?dòng)當(dāng)前線(xiàn)程；
static void sleep(long m)：使當(dāng)前線(xiàn)程休眠 m 毫秒；
void join()：優(yōu)先執(zhí)行調(diào)用 join() 方法的線(xiàn)程。
Tips：
run()方法是一個(gè)非常重要的方法，它是用于編寫(xiě)線(xiàn)程執(zhí)行體的方法，不同線(xiàn)程之間的一個(gè)最主要區(qū)別就是run()方法中的代碼是不同的。
可翻閱官方文檔以查看更多 API。
2.1.3 實(shí)例
通過(guò)繼承 Thread 類(lèi)創(chuàng)建線(xiàn)程可分為以下 3 步：
- 定義
Thread類(lèi)的子類(lèi)，并重寫(xiě)該類(lèi)的run()方法。run()方法的方法體就代表了線(xiàn)程要完成的任務(wù)； - 創(chuàng)建
Thread子類(lèi)的實(shí)例，即創(chuàng)建線(xiàn)程對(duì)象； - 調(diào)用線(xiàn)程對(duì)象的
start方法來(lái)啟動(dòng)該線(xiàn)程。
具體實(shí)例如下：
/**
* @author colorful@TaleLin
*/
public class ThreadDemo1 extends Thread {
/**
* 重寫(xiě) Thread() 的方法
*/
@Override
public void run() {
System.out.println("這里是線(xiàn)程體");
// 當(dāng)前打印線(xiàn)程的名稱(chēng)
System.out.println(getName());
}
public static void main(String[] args) {
// 實(shí)例化 ThreadDemo1 對(duì)象
ThreadDemo1 threadDemo1 = new ThreadDemo1();
// 調(diào)用 start() 方法，以啟動(dòng)線(xiàn)程
threadDemo1.start();
}
}
運(yùn)行結(jié)果：
這里是線(xiàn)程體
Thread-0
小伙伴們可能會(huì)有疑問(wèn)，上面這樣的代碼，和普通的類(lèi)實(shí)例化以及方法調(diào)用有什么區(qū)別的，下面我們來(lái)看一個(gè)稍微復(fù)雜些的實(shí)例：
/**
* @author colorful@TaleLin
*/
public class ThreadDemo2 {
/**
* 靜態(tài)內(nèi)部類(lèi)
*/
static class MyThread extends Thread {
private int i = 3;
MyThread(String name) {
super(name);
}
@Override
public void run() {
while (i > 0) {
System.out.println(getName() + " i = " + i);
i--;
}
}
}
public static void main(String[] args) {
// 創(chuàng)建兩個(gè)線(xiàn)程對(duì)象
MyThread thread1 = new MyThread("線(xiàn)程1");
MyThread thread2 = new MyThread("線(xiàn)程2");
// 啟動(dòng)線(xiàn)程
thread1.start();
thread2.start();
}
}
運(yùn)行結(jié)果：
線(xiàn)程2 i = 3
線(xiàn)程1 i = 3
線(xiàn)程1 i = 2
線(xiàn)程2 i = 2
線(xiàn)程1 i = 1
線(xiàn)程2 i = 1
代碼中我們是先啟動(dòng)了線(xiàn)程 1，再啟動(dòng)了線(xiàn)程 2 的，觀(guān)察運(yùn)行結(jié)果，線(xiàn)程并不是按照我們所預(yù)想的順序執(zhí)行的。這里就要?jiǎng)澲攸c(diǎn)了，不同線(xiàn)程，執(zhí)行順序是隨機(jī)的。如果你再執(zhí)行幾次代碼，可以觀(guān)察到每次的運(yùn)行結(jié)果都可能不同：
2.2 Runnable 接口
2.2.1 為什么需要 Runnable 接口
通過(guò)實(shí)現(xiàn) Runnable 接口的方案來(lái)創(chuàng)建線(xiàn)程，要優(yōu)于繼承 Thread 類(lèi)的方案，主要有以下原因：
- Java 不支持多繼承，所有的類(lèi)都只允許繼承一個(gè)父類(lèi)，但可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口。如果繼承了
Thread類(lèi)就無(wú)法繼承其它類(lèi)，這不利于擴(kuò)展； - 繼承
Thread類(lèi)通常只重寫(xiě)run()方法，其他方法一般不會(huì)重寫(xiě)。繼承整個(gè)Thread類(lèi)成本過(guò)高，開(kāi)銷(xiāo)過(guò)大。
2.2.2 實(shí)例
通過(guò)實(shí)現(xiàn) Runnable 接口創(chuàng)建線(xiàn)程的步驟如下：
- 定義
Runnable接口的實(shí)現(xiàn)類(lèi)，并實(shí)現(xiàn)該接口的run()方法。這個(gè)run()方法的方法體同樣是該線(xiàn)程的線(xiàn)程執(zhí)行體； - 創(chuàng)建
Runnable實(shí)現(xiàn)類(lèi)的實(shí)例，并以此實(shí)例作為Thread的target來(lái)創(chuàng)建Thread對(duì)象，該Thread對(duì)象才是真正的線(xiàn)程對(duì)象； - 調(diào)用線(xiàn)程對(duì)象的
start方法來(lái)啟動(dòng)該線(xiàn)程。
具體實(shí)例如下：
/**
* @author colorful@TaleLin
*/
public class RunnableDemo1 implements Runnable {
private int i = 5;
@Override
public void run() {
while (i > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " i = " + i);
i--;
}
}
public static void main(String[] args) {
// 創(chuàng)建兩個(gè)實(shí)現(xiàn) Runnable 實(shí)現(xiàn)類(lèi)的實(shí)例
RunnableDemo1 runnableDemo1 = new RunnableDemo1();
RunnableDemo1 runnableDemo2 = new RunnableDemo1();
// 創(chuàng)建兩個(gè)線(xiàn)程對(duì)象
Thread thread1 = new Thread(runnableDemo1, "線(xiàn)程1");
Thread thread2 = new Thread(runnableDemo2, "線(xiàn)程2");
// 啟動(dòng)線(xiàn)程
thread1.start();
thread2.start();
}
}
運(yùn)行結(jié)果：
線(xiàn)程1 i = 5
線(xiàn)程1 i = 4
線(xiàn)程1 i = 3
線(xiàn)程1 i = 2
線(xiàn)程2 i = 5
線(xiàn)程1 i = 1
線(xiàn)程2 i = 4
線(xiàn)程2 i = 3
線(xiàn)程2 i = 2
線(xiàn)程2 i = 1
2.3 Callable 接口
2.3.1 為什么需要 Callable 接口
繼承 Thread 類(lèi)和實(shí)現(xiàn) Runnable 接口這兩種創(chuàng)建線(xiàn)程的方式都沒(méi)有返回值。所以，線(xiàn)程執(zhí)行完畢后，無(wú)法得到執(zhí)行結(jié)果。為了解決這個(gè)問(wèn)題，Java 5 后，提供了 Callable 接口和 Future 接口，通過(guò)它們，可以在線(xiàn)程執(zhí)行結(jié)束后，返回執(zhí)行結(jié)果。
2.3.2 實(shí)例
通過(guò)實(shí)現(xiàn) Callable 接口創(chuàng)建線(xiàn)程步驟如下：
- 創(chuàng)建
Callable接口的實(shí)現(xiàn)類(lèi)，并實(shí)現(xiàn)call()方法。這個(gè)call()方法將作為線(xiàn)程執(zhí)行體，并且有返回值； - 創(chuàng)建
Callable實(shí)現(xiàn)類(lèi)的實(shí)例，使用FutureTask類(lèi)來(lái)包裝Callable對(duì)象，這個(gè)FutureTask對(duì)象封裝了該Callable對(duì)象的call()方法的返回值； - 使用
FutureTask對(duì)象作為Thread對(duì)象的 target 創(chuàng)建并啟動(dòng)新線(xiàn)程； - 調(diào)用
FutureTask對(duì)象的get()方法來(lái)獲得線(xiàn)程執(zhí)行結(jié)束后的返回值。
具體實(shí)例如下：
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
/**
* @author colorful@TaleLin
*/
public class CallableDemo1 {
static class MyThread implements Callable<String> {
@Override
public String call() { // 方法返回值類(lèi)型是一個(gè)泛型，在上面 Callable<String> 處定義
return "我是線(xiàn)程中返回的字符串";
}
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
// 常見(jiàn)實(shí)現(xiàn)類(lèi)的實(shí)例
Callable<String> callable = new MyThread();
// 使用 FutureTask 類(lèi)來(lái)包裝 Callable 對(duì)象
FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(callable);
// 創(chuàng)建 Thread 對(duì)象
Thread thread = new Thread(futureTask);
// 啟動(dòng)線(xiàn)程
thread.start();
// 調(diào)用 FutureTask 對(duì)象的 get() 方法來(lái)獲得線(xiàn)程執(zhí)行結(jié)束后的返回值
String s = futureTask.get();
System.out.println(s);
}
}
運(yùn)行結(jié)果：
我是線(xiàn)程中返回的字符串
3. 線(xiàn)程休眠
在前面介紹 Thread 類(lèi)的常用方法時(shí)，我們介紹了 sleep() 靜態(tài)方法，該方法可以使當(dāng)前執(zhí)行的線(xiàn)程睡眠（暫時(shí)停止執(zhí)行）指定的毫秒數(shù)。
線(xiàn)程休眠的實(shí)例如下：
/**
* @author colorful@TaleLin
*/
public class SleepDemo implements Runnable {
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= 5; i ++) {
// 打印語(yǔ)句
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":執(zhí)行第" + i + "次");
try {
// 使當(dāng)前線(xiàn)程休眠
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
// 實(shí)例化 Runnable 的實(shí)現(xiàn)類(lèi)
SleepDemo sleepDemo = new SleepDemo();
// 實(shí)例化線(xiàn)程對(duì)象
Thread thread = new Thread(sleepDemo);
// 啟動(dòng)線(xiàn)程
thread.start();
}
}
運(yùn)行結(jié)果：
Thread-0:執(zhí)行第1次
Thread-0:執(zhí)行第2次
Thread-0:執(zhí)行第3次
Thread-0:執(zhí)行第4次
Thread-0:執(zhí)行第5次
4. 線(xiàn)程的狀態(tài)和生命周期
java.lang.Thread.Starte 枚舉類(lèi)中定義了 6 種不同的線(xiàn)程狀態(tài)：
NEW：新建狀態(tài)，尚未啟動(dòng)的線(xiàn)程處于此狀態(tài)；RUNNABLE：可運(yùn)行狀態(tài)，Java 虛擬機(jī)中執(zhí)行的線(xiàn)程處于此狀態(tài)；BLOCK：阻塞狀態(tài)，等待監(jiān)視器鎖定而被阻塞的線(xiàn)程處于此狀態(tài)；WAITING：等待狀態(tài)，無(wú)限期等待另一線(xiàn)程執(zhí)行特定操作的線(xiàn)程處于此狀態(tài)；TIME_WAITING：定時(shí)等待狀態(tài)，在指定等待時(shí)間內(nèi)等待另一線(xiàn)程執(zhí)行操作的線(xiàn)程處于此狀態(tài)；TERMINATED：結(jié)束狀態(tài)，已退出的線(xiàn)程處于此狀態(tài)。
值得注意的是，一個(gè)線(xiàn)程在給定的時(shí)間點(diǎn)只能處于一種狀態(tài)。這些狀態(tài)是不反映任何操作系統(tǒng)線(xiàn)程狀態(tài)的虛擬機(jī)狀態(tài)。
線(xiàn)程的生命周期，實(shí)際上就是上述 6 個(gè)線(xiàn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程。下圖展示了一個(gè)完整的生命周期：
5. 小結(jié)
通過(guò)本小節(jié)的學(xué)習(xí)，我們知道了線(xiàn)程是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行運(yùn)算調(diào)度的最小單位。線(xiàn)程也被稱(chēng)為輕量級(jí)進(jìn)程。在 Java 中，可以以 3 種方式創(chuàng)建線(xiàn)程，分別是繼承 Thread 類(lèi)、實(shí)現(xiàn) Runnable 接口以及實(shí)現(xiàn) Callable 接口?？梢允褂渺o態(tài)方法 sleep() 讓線(xiàn)程休眠。線(xiàn)程狀態(tài)有 6 種，也有資料上說(shuō)線(xiàn)程有 5 種，這部分內(nèi)容我們按照 Java 源碼中的定義 6 種來(lái)記憶即可。
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