JAVA多线程(一)

线程的介绍

概念:线程是程序的执行路径,每一个线程都有自己的局部变量,程序计数器,以及各自的生命周期。

快速启动一个线程

认识Thread Class类

public static void main(String [] args){
  new Thread(){
    @Override
    public void run(){
        enjoyMusic();    
}
}.start();
 enjoyNews();

public static void enjoyMusic(){
    for(;;){
      System.out.println("我在播放音乐");
  }
}

public static void enjoyNews(){
    for(;;){
        System.out.println("我在看新闻呢!");
}
}
执行结果
我在播放音乐和我在看新闻呢! 交替输出
}

使用Jconsole观察线程

可以使用JDK的Bin目录下的Jconsole.exe 观察当前线程的信息

线程的生命周期

问题:线程Thread执行了start方法就表示该线程已近执行了忙?
下面看线程生命周期图


线程的生命周期

由以上图可以知道,线程的生命周期大致可以分为以下五个阶段:
NEW
RUNNABLE
RUNNING
BLOCKED
TERMINATED

1.NEW状态
当我们new出一个Thread类的时候,此时它并不在执行状态,并且它并没有调用Start方法,那么此时线程的状态为New。
NEW状态通过Start 方法进入RUNNABLE 状态
2.RUNNABLE状态
一个线程new出来之后,通过调用start方法进入RUNNABLE 状态,此时线程正在会立即执行忙?答案是否定的,线程和进程一样 都要听命于CPU调度(其实是在等待获取CPU时间片),此时它只具备可执行资格,但是并没有真正的执行,
并且线程存在RUNNING 状态 不会一下就进入阻塞状态(BLOCKED)状态和消亡状态(TERMINATED),即使是在线程运行期间执行,wait,sleep或者其他阻塞该线程的操作,也必须获得CPU调度的执行权 才可以。RUNNABLE 的线程只能进入RUNNING状态或者意外终止。
3.RUNNING 状态
一旦CPU轮询或者其他方式从任务可执行队列中选中了线程,才能真正的执行自己的代码,正在RUNNING 的线程其实也是RUNNABLE 的,则反过来不成立,在该状态中,线程可以发生如下的状态改变。

  • 直接进入消亡状态(TERMINATED),比如执行了JDK已近不推荐的Stop方法。
  • 进入阻塞状态(BLOCKED) ,如调用了Sleep()方法,或者wait方法。
  • 进行了阻塞的IO操作,从而网络数据的读写进入了BLOCKED 状态 。
  • 获取某个资源,从而加入到改锁的阻塞队列 ,从而进入了 BLOCKED状态。
  • 由于CPU调度器轮询使该线程放弃执行,进入BLOCKED状态。
  • 线程主动调用yield,放弃CPU执行权,进入BLOCKED状态。
    4.BLOCKED状态
    BLOCKED状态跟RUNNING状态类似,可以发生如下的状态改变
  • 直接进入消亡状态(TERMINATED),比如执行了JDK已近不推荐的Stop方法。
  • 线程阻塞的操作结束,比如读取到了想要读取的数据,进入RUNNABLED状态,
  • 线程完成了休眠的状态,进入到了RUNNABLED状态
  • Wait中的线程被其他线程唤醒(notify,notifyall),进入到RUNNABLED状态
  • 线程获取到了某个锁资源,进入到了RUNNABLED状态
  • 线程在阻塞过程中,被打断(调用Interrupt),从而进入到了RUNNABLED状态,
    5.TERMINATED 状态
    TERMINATED 是一个最终 的状态,该线程的状态不会有TERMINATED 转换到其他的状态,进入到TERMINATED 状态,意味着该线程的声明周期结束了,以下操作,会让线程进入TERMINATED 状态
  • 线程正常结束,进入TERMINATED状态
  • 线程运行出错,意外终止
  • JVM Crash 所有线程都结束

线程Start方法剖析

一个线程Thread new 出来之后,重写run()方法,并且 调用start方法,进入到了可执行状态(RUNNABLED)。那么run方法和start方法究竟是什么关系呢?看源码

private volatile int threadStatus = 0;
public synchronized void start() {
        /**
         * This method is not invoked for the main method thread or "system"
         * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
         * to this method in the future may have to also be added to the VM.
         *
         * A zero status value corresponds to state "NEW".
         */
        if (threadStatus != 0)
            throw new IllegalThreadStateException();

        /* Notify the group that this thread is about to be started
         * so that it can be added to the group's list of threads
         * and the group's unstarted count can be decremented. */
        group.add(this);

        boolean started = false;
        try {
            start0();
            started = true;
        } finally {
            try {
                if (!started) {
                    group.threadStartFailed(this);
                }
            } catch (Throwable ignore) {
                /* do nothing. If start0 threw a Throwable then
                  it will be passed up the call stack */
            }
        }
    }

以上代码最关键的部分是调用了start0()这个方法,重写Run方法何时被调用了呢?在开始一个线程的时候JVM会调用该线程的Run方法,run方法是被JNI方法start0()调用的,查看源码我们发现以下问题:
1.当Thread被构造出new状态后,他的threadStatus 默认为0
2.不能两次启动,两次调用start方法,否则机会抛出IllegalThreadStateException 异常
3.线程启动会被加入ThreadGroup中,
4.一个线程的生命周期结束,也就是到了TERMINATED 状态,再次start方法,是不被允许的,也就是说TERMINATED 状态没有办法回到,RUNNABLED/RUNNING状态的

Thread t = new Thread(new Runnable() {
    @Override
     public void run() {
      sleep(10);   
    }
   });
 t.start();
 t.start();

上述代码会抛出 IllegalThreadStateException 异常,我们可以改动一下模拟线程的声明周期结束。

    Thread t = new Thread(new Runnable() {
    @Override
     public void run() {
      sleep(1);   
    }
   });
    t.start();
     TimeUnit.SECONDS.sleep(2);//休眠是确保thread结束声明周期
    t.start();//重新激活线程

以上两个例子都会抛出异常 ,但是意义是不一样的,第一个线程不能被启动两次,第二个启动是不被允许的。

模板模式在Thread中的应用

通过上述代码,我们不难看出,线程执行的业务逻辑在Run方法内部,我们用重写run方法 用start方法启动线程,其实Thread中的run方法和start是一个比较典型的模板设计模式,父类定义算法结构代码,子类实现业务逻辑。

下面举个列子
银行有四台取号机,每台取号机都有排队等候,当你进入业务大厅的时候需要取号,领取一张纸质号码,假设有四台出号机器, 每天最对受理30笔业务,ticketShow 代表出号机器

public class ticketShow extends Thread{
     public final String name;
     public static final int MAX = 50;
    private int index = 1;
    ticketShow (String name){
        this.name = name;
    }
 @Overried
public void run(){
    while(index <= MAX){
      System.out.println("当前机器:"+name+",出的号码是:"+(index++));  
}   
}
}

接下来编写一个main方法
public static void main(String [] args){
      ticketShow  ts = new ticketShow ("一号机器");
      ts.start();
      ticketShow  ts = new ticketShow ("二号机器");
      ts.start();
      ticketShow  ts = new ticketShow ("三号机器");
      ts.start();
      ticketShow  ts = new ticketShow ("四号机器");
      ts.start();
}

然而每台机器都是从1到50,四个线程并没有交互,获取唯一一个递增的号码,那么我们改进一下

public class ticketShow extends Thread{
     public final String name;
     public static final int MAX = 50;
    private static int index = 1;
    ticketShow (String name){
        this.name = name;
    }
 @Overried
public void run(){
    while(index <= MAX){
      System.out.println("当前机器:"+name+",出的号码是:"+(index++));  
}   
}
}

再次运行,发现四个出号机器,交替输出不同的号码,
通过对Index进行static 修饰,做到了多线程下共享资源的唯一性,看起来似乎满足了我们的需求,但是还是有些问题 比如我们的共享资源很多呢,要经过一些复杂的计算呢?等等等。。。

策略模式在Runnable在thread中的应用

很多文章中都会说,创建线程有两种方式,第一个是构造Thread,第二个是构造Runnable 其实这种说法是错误的,最起码是不严谨的,准确来说,创建线程只有一种方式,那就是构造Thread类,而实现线程的执行单元有两种方式,第一个是重写Thread中的run方法,第二个是重写runnable中的run方法,当然他们还是有些不同的,那就是Thread类中的run方法是不能共享的,也就是说线程A不能把线程B中的run方法当做自己的执行单元,然而runnable接口就很容易实现这一点。使用不同的runable构造不同的thread实例。
那我们对银行取票机代码进行 重构一下

public class ticketShow implements runnable{
     public final String name;
     public static final int MAX = 50;
    private int index = 1; //不做static 修饰
    ticketShow (String name){
        this.name = name;
    }
 @Overried
public void run(){
    while(index <= MAX){
      System.out.println("当前机器:"+name+",出的号码是:"+(index++));  
    sleep(100);
}   
}
}

添加main方法
public static void main(String [] args){
    final  ticketShow  ts = new ticketShow ();
    Thread t1 = new Thread(ts,"一号机器");
    t1.start();
   Thread t2 = new Thread(ts,"二号机器");
    t2.start();
   Thread t3 = new Thread(ts,"三号机器");
    t3.start();
   Thread t4 = new Thread(ts,"四号机器");
    t4.start();
}

可以看到上述代码的输入和继承Thread类实现并且是同样的效果,四个较好机器线程都实现了同一个接口Runnable,这样她们的资源都是共享的,不会出现每一个叫号机器从一到五十的情况。

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