java 基礎(chǔ)教程之多線程詳解及簡單實例

更新時間：2017年03月06日 16:04:02 投稿：lqh

這篇文章主要介紹了java 基礎(chǔ)教程之多線程詳解及簡單實例的相關(guān)資料,線程的基本屬性、如何創(chuàng)建線程、線程的狀態(tài)切換以及線程通信，需要的朋友可以參考下

java 多線程詳解

在這篇文章里，我們關(guān)注多線程。多線程是一個復雜的話題，包含了很多內(nèi)容，這篇文章主要關(guān)注線程的基本屬性、如何創(chuàng)建線程、線程的狀態(tài)切換以及線程通信。

　　線程是操作系統(tǒng)運行的基本單位，它被封裝在進程中，一個進程可以包含多個線程。即使我們不手動創(chuàng)造線程，進程也會有一個默認的線程在運行。

　　對于JVM來說，當我們編寫一個單線程的程序去運行時，JVM中也是有至少兩個線程在運行，一個是我們創(chuàng)建的程序，一個是垃圾回收。

　　線程基本信息

　　我們可以通過Thread.currentThread()方法獲取當前線程的一些信息，并對其進行修改。

　　我們來看以下代碼：

查看并修改當前線程的屬性
String name = Thread.currentThread().getName();
    int priority = Thread.currentThread().getPriority();
    String groupName = Thread.currentThread().getThreadGroup().getName();
    boolean isDaemon = Thread.currentThread().isDaemon();
    System.out.println("Thread Name:" + name);
    System.out.println("Priority:" + priority);
    System.out.println("Group Name:" + groupName);
    System.out.println("IsDaemon:" + isDaemon);
    
    Thread.currentThread().setName("Test");
    Thread.currentThread().setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
    name = Thread.currentThread().getName();
    priority = Thread.currentThread().getPriority();
    groupName = Thread.currentThread().getThreadGroup().getName();
    isDaemon = Thread.currentThread().isDaemon();
    System.out.println("Thread Name:" + name);
    System.out.println("Priority:" + priority);

　　其中列出的屬性說明如下：

GroupName，每個線程都會默認在一個線程組里，我們也可以顯式的創(chuàng)建線程組，一個線程組中也可以包含子線程組，這樣線程和線程組，就構(gòu)成了一個樹狀結(jié)構(gòu)。
Name，每個線程都會有一個名字，如果不顯式指定，那么名字的規(guī)則是“Thread-xxx”。
Priority，每個線程都會有自己的優(yōu)先級，JVM對優(yōu)先級的處理方式是“搶占式”的。當JVM發(fā)現(xiàn)優(yōu)先級高的線程時，馬上運行該線程；對于多個優(yōu)先級相等的線程，JVM對其進行輪詢處理。Java的線程優(yōu)先級從1到10，默認是5，Thread類定義了2個常量：MIN_PRIORITY和MAX_PRIORITY來表示最高和最低優(yōu)先級。

我們可以看下面的代碼，它定義了兩個不同優(yōu)先級的線程：

線程優(yōu)先級示例
public static void priorityTest()
{
  Thread thread1 = new Thread("low")
  {
    public void run()
    {
      for (int i = 0; i < 5; i++)
      {
        System.out.println("Thread 1 is running.");
      }
    }
  };
  
  Thread thread2 = new Thread("high")
  {
    public void run()
    {
      for (int i = 0; i < 5; i++)
      {
        System.out.println("Thread 2 is running.");
      }
    }
  };
  
  thread1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
  thread2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
  thread1.start();
  thread2.start();
}

從運行結(jié)果可以看出，是高優(yōu)先級線程運行完成后，低優(yōu)先級線程才運行。

isDaemon，這個屬性用來控制父子線程的關(guān)系，如果設置為true，當父線程結(jié)束后，其下所有子線程也結(jié)束，反之，子線程的生命周期不受父線程影響。

我們來看下面的例子：

IsDaemon 示例
public static void daemonTest()
{
  Thread thread1 = new Thread("daemon")
  {
    public void run()
    {
      Thread subThread = new Thread("sub")
      {
        public void run()
        {
          for(int i = 0; i < 100; i++)
          {
            System.out.println("Sub Thread Running " + i);
          }
        }
      };
      subThread.setDaemon(true);
      subThread.start();
      System.out.println("Main Thread end.");
    }
  };
  
  thread1.start();
}

上面代碼的運行結(jié)果，在和刪除subThread.setDaemon(true);后對比，可以發(fā)現(xiàn)后者運行過程中子線程會完成執(zhí)行后再結(jié)束，而前者中，子線程很快就結(jié)束了。

　　如何創(chuàng)建線程

　　上面的內(nèi)容，都是演示默認線程中的一些信息，那么應該如何創(chuàng)建線程呢？在Java中，我們有3種方式可以用來創(chuàng)建線程。

　　Java中的線程要么繼承Thread類，要么實現(xiàn)Runnable接口，我們一一道來。

　　使用內(nèi)部類來創(chuàng)建線程

　　我們可以使用內(nèi)部類的方式來創(chuàng)建線程，過程是聲明一個Thread類型的變量，并重寫run方法。示例代碼如下：

使用內(nèi)部類創(chuàng)建線程
public static void createThreadByNestClass()
{
  Thread thread = new Thread()
  {
    public void run()
    {
      for (int i =0; i < 5; i++)
      {
        System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is running.");
      }
      System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is finished.");
    }
  };
  thread.start();
}

　　繼承Thread以創(chuàng)建線程

　　我們可以從Thread中派生一個類，重寫其run方法，這種方式和上面相似。示例代碼如下：

派生Thread類以創(chuàng)建線程
class MyThread extends Thread
{
  public void run()
  {
    for (int i =0; i < 5; i++)
    {
      System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is running.");
    }
    System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is finished.");
  }
}


public static void createThreadBySubClass()
{
  MyThread thread = new MyThread();
  thread.start();
}

　　實現(xiàn)Runnable接口以創(chuàng)建線程

　　我們可以定義一個類，使其實現(xiàn)Runnable接口，然后將該類的實例作為構(gòu)建Thread變量構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)。示例代碼如下：

實現(xiàn)Runnable接口以創(chuàng)建線程
class MyRunnable implements Runnable
{
  public void run() 
  {
    for (int i =0; i < 5; i++)
    {
      System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is running.");
    }
    System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is finished.");
  }
}


public static void createThreadByRunnable()
{
  MyRunnable runnable = new MyRunnable();
  Thread thread = new Thread(runnable);
  thread.start();
}

　　上述3種方式都可以創(chuàng)建線程，而且從示例代碼上看，線程執(zhí)行的功能是一樣的，那么這三種創(chuàng)建方式有什么不同呢？

　　這涉及到Java中多線程的運行模式，對于Java來說，多線程在運行時，有“多對象多線程”和“單對象多線程”的區(qū)別：

多對象多線程，程序在運行過程中創(chuàng)建多個線程對象，每個對象上運行一個線程。
單對象多線程，程序在運行過程中創(chuàng)建一個線程對象，在其上運行多個線程。

　　顯然，從線程同步和調(diào)度的角度來看，多對象多線程要簡單一些。上述3種線程創(chuàng)建方式，前兩種都屬于“多對象多線程”，第三種既可以使用“多對象多線程”，也可以使用“單對象單線程”。

　　我們來看下面的示例代碼，里面會用到Object.notify方法，這個方法會喚醒對象上的一個線程；而Object.notifyAll方法，則會喚醒對象上的所有線程。

notify示例
public class NotifySample {
  
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException
  {
    notifyTest();
    notifyTest2();
    notifyTest3();
  }
  
  private static void notifyTest() throws InterruptedException
  {
    MyThread[] arrThreads = new MyThread[3];
    for (int i = 0; i < arrThreads.length; i++)
    {
      arrThreads[i] = new MyThread();
      arrThreads[i].id = i;
      arrThreads[i].setDaemon(true);
      arrThreads[i].start();
    }
    Thread.sleep(500);
    for (int i = 0; i < arrThreads.length; i++)
    {
      synchronized(arrThreads[i])
      {
        arrThreads[i].notify();
      }
    }
  }
  
  private static void notifyTest2() throws InterruptedException
  {
    MyRunner[] arrMyRunners = new MyRunner[3];
    Thread[] arrThreads = new Thread[3];
    for (int i = 0; i < arrThreads.length; i++)
    {
      arrMyRunners[i] = new MyRunner();
      arrMyRunners[i].id = i;
      arrThreads[i] = new Thread(arrMyRunners[i]);
      arrThreads[i].setDaemon(true);
      arrThreads[i].start();
    }
    Thread.sleep(500);
    for (int i = 0; i < arrMyRunners.length; i++)
    {
      synchronized(arrMyRunners[i])
      {
        arrMyRunners[i].notify();
      }
    }
  }
  
  private static void notifyTest3() throws InterruptedException
  {
    MyRunner runner = new MyRunner();
    Thread[] arrThreads = new Thread[3];
    for (int i = 0; i < arrThreads.length; i++)
    {
      arrThreads[i] = new Thread(runner);
      arrThreads[i].setDaemon(true);
      arrThreads[i].start();
    }
    Thread.sleep(500);

    synchronized(runner)
    {
      runner.notifyAll();
    }
  }
}

class MyThread extends Thread
{
  public int id = 0;
  public void run()
  {
    System.out.println("第" + id + "個線程準備休眠5分鐘。");
    try
    {
      synchronized(this)
      {
        this.wait(5*60*1000);
      }
    }
    catch(InterruptedException ex)
    {
      ex.printStackTrace();
    }
    System.out.println("第" + id + "個線程被喚醒。");
  }
}

class MyRunner implements Runnable
{
  public int id = 0;
  public void run() 
  {
    System.out.println("第" + id + "個線程準備休眠5分鐘。");
    try
    {
      synchronized(this)
      {
        this.wait(5*60*1000);
      }
    }
    catch(InterruptedException ex)
    {
      ex.printStackTrace();
    }
    System.out.println("第" + id + "個線程被喚醒。");
  }
  
}

　　示例代碼中，notifyTest()和notifyTest2()是“多對象多線程”，盡管notifyTest2()中的線程實現(xiàn)了Runnable接口，但是它里面定義Thread數(shù)組時，每個元素都使用了一個新的Runnable實例。notifyTest3()屬于“單對象多線程”，因為我們只定義了一個Runnable實例，所有的線程都會使用這個實例。

　　notifyAll方法適用于“單對象多線程”的情景，因為notify方法只會隨機喚醒對象上的一個線程。

　　線程的狀態(tài)切換

　　對于線程來講，從我們創(chuàng)建它一直到線程運行結(jié)束，在這個過程中，線程的狀態(tài)可能是這樣的：

創(chuàng)建：已經(jīng)有Thread實例了，但是CPU還有為其分配資源和時間片。
就緒：線程已經(jīng)獲得了運行所需的所有資源，只等CPU進行時間調(diào)度。
運行：線程位于當前CPU時間片中，正在執(zhí)行相關(guān)邏輯。
休眠：一般是調(diào)用Thread.sleep后的狀態(tài)，這時線程依然持有運行所需的各種資源，但是不會被CPU調(diào)度。
掛起：一般是調(diào)用Thread.suspend后的狀態(tài)，和休眠類似，CPU不會調(diào)度該線程，不同的是，這種狀態(tài)下，線程會釋放所有資源。
死亡：線程運行結(jié)束或者調(diào)用了Thread.stop方法。

　　下面我們來演示如何進行線程狀態(tài)切換，首先我們會用到下面方法：

Thread()或者Thread(Runnable)：構(gòu)造線程。
Thread.start：啟動線程。
Thread.sleep：將線程切換至休眠狀態(tài)。
Thread.interrupt：中斷線程的執(zhí)行。
Thread.join：等待某線程結(jié)束。
Thread.yield：剝奪線程在CPU上的執(zhí)行時間片，等待下一次調(diào)度。
Object.wait：將Object上所有線程鎖定，直到notify方法才繼續(xù)運行。
Object.notify：隨機喚醒Object上的1個線程。
Object.notifyAll：喚醒Object上的所有線程。

　　下面，就是演示時間啦！??！

　　線程等待與喚醒

　　這里主要使用Object.wait和Object.notify方法，請參見上面的notify實例。需要注意的是，wait和notify都必須針對同一個對象，當我們使用實現(xiàn)Runnable接口的方式來創(chuàng)建線程時，應該是在Runnable對象而非Thread對象上使用這兩個方法。

　　線程的休眠與喚醒

Thread.sleep實例
public class SleepSample {
  
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException
  {
    sleepTest();
  }
  
  private static void sleepTest() throws InterruptedException
  {
    Thread thread = new Thread()
    {
      public void run()
      {
        System.out.println("線程 " + Thread.currentThread().getName() + "將要休眠5分鐘。");
        try
        {
          Thread.sleep(5*60*1000);
        }
        catch(InterruptedException ex)
        {
          System.out.println("線程 " + Thread.currentThread().getName() + "休眠被中斷。");
        }
        System.out.println("線程 " + Thread.currentThread().getName() + "休眠結(jié)束。");
      }
    };
    thread.setDaemon(true);
    thread.start();
    Thread.sleep(500);
    thread.interrupt();
  }

}

　　線程在休眠過程中，我們可以使用Thread.interrupt將其喚醒，這時線程會拋出InterruptedException。

　　線程的終止

　　雖然有Thread.stop方法，但該方法是不被推薦使用的，我們可以利用上面休眠與喚醒的機制，讓線程在處理IterruptedException時，結(jié)束線程。

Thread.interrupt示例
public class StopThreadSample {

  public static void main(String[] args) throws InterruptedException
  {
    stopTest();
  }
  
  private static void stopTest() throws InterruptedException
  {
    Thread thread = new Thread()
    {
      public void run()
      {
        System.out.println("線程運行中。");
        try
        {
          Thread.sleep(1*60*1000);
        }
        catch(InterruptedException ex)
        {
          System.out.println("線程中斷，結(jié)束線程");
          return;
        }
        System.out.println("線程正常結(jié)束。");
      }
    };
    thread.start();
    Thread.sleep(500);
    thread.interrupt();
  }
}

　　線程的同步等待

　　當我們在主線程中創(chuàng)建了10個子線程，然后我們期望10個子線程全部結(jié)束后，主線程在執(zhí)行接下來的邏輯，這時，就該Thread.join登場了。

Thread.join示例
public class JoinSample {

  public static void main(String[] args) throws InterruptedException
  {
    joinTest();
  }
  
  private static void joinTest() throws InterruptedException
  {
    Thread thread = new Thread()
    {
      public void run()
      {
        try
        {
          for(int i = 0; i < 5; i++)
          {
            System.out.println("線程在運行。");
            Thread.sleep(1000);
          }
        }
        catch(InterruptedException ex)
        {
          ex.printStackTrace();
        }
      }
    };
    thread.setDaemon(true);
    thread.start();
    Thread.sleep(1000);
    thread.join();
    System.out.println("主線程正常結(jié)束。");
  }
}

　　我們可以試著將thread.join();注釋或者刪除，再次運行程序，就可以發(fā)現(xiàn)不同了。

　　線程間通信

　　我們知道，一個進程下面的所有線程是共享內(nèi)存空間的，那么我們?nèi)绾卧诓煌木€程之間傳遞消息呢？在回顧 Java I/O時，我們談到了PipedStream和PipedReader，這里，就是它們發(fā)揮作用的地方了。

　　下面的兩個示例，功能完全一樣，不同的是一個使用Stream，一個使用Reader/Writer。

PipeInputStream/PipedOutpueStream 示例
public static void communicationTest() throws IOException, InterruptedException
{
  final PipedOutputStream pos = new PipedOutputStream();
  final PipedInputStream pis = new PipedInputStream(pos);
  
  Thread thread1 = new Thread()
  {
    public void run()
    {
      BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
      try
      {
        while(true)
        {
          String message = br.readLine();
          pos.write(message.getBytes());
          if (message.equals("end")) break;
        }
        br.close();
        pos.close();
      }
      catch(Exception ex)
      {
        ex.printStackTrace();
      }
    }
  };
  
  Thread thread2 = new Thread()
  {
    public void run()
    {
      byte[] buffer = new byte[1024];
      int bytesRead = 0;
      try
      {
        while((bytesRead = pis.read(buffer, 0, buffer.length)) != -1)
        {
          System.out.println(new String(buffer));
          if (new String(buffer).equals("end")) break;
          buffer = null;
          buffer = new byte[1024];
        }
        pis.close();
        buffer = null;
      }
      catch(Exception ex)
      {
        ex.printStackTrace();
      }
    }
  };
  
  thread1.setDaemon(true);
  thread2.setDaemon(true);
  thread1.start();
  thread2.start();
  thread1.join();
  thread2.join();
}

PipedReader/PipedWriter 示例
private static void communicationTest2() throws InterruptedException, IOException
{
  final PipedWriter pw = new PipedWriter();
  final PipedReader pr = new PipedReader(pw);
  final BufferedWriter bw = new BufferedWriter(pw);
  final BufferedReader br = new BufferedReader(pr);
  
  Thread thread1 = new Thread()
  {
    public void run()
    {
      
      BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
      try
      {
        while(true)
        {
          String message = br.readLine();
          bw.write(message);
          bw.newLine();
          bw.flush();
          if (message.equals("end")) break;
        }
        br.close();
        pw.close();
        bw.close();
      }
      catch(Exception ex)
      {
        ex.printStackTrace();
      }
    }
  };
  
  Thread thread2 = new Thread()
  {
    public void run()
    {
      
      String line = null;
      try
      {
        while((line = br.readLine()) != null)
        {
          System.out.println(line);
          if (line.equals("end")) break;
        }
        br.close();
        pr.close();
      }
      catch(Exception ex)
      {
        ex.printStackTrace();
      }
    }
  };
  
  thread1.setDaemon(true);
  thread2.setDaemon(true);
  thread1.start();
  thread2.start();
  thread1.join();
  thread2.join();
}

感謝閱讀，希望能幫助到大家，謝謝大家對本站的支持！

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