基本概念

线程的创建和使用

线程的生命周期

基本概念

程序(program)

程序(program)是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码，静态对象。

进程(process)

进程(process)是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程（生命周期）：有它自身的产生、存在和消亡的过程。

程序是静态的，进程是动态的。进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域。

线程(thread)

进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的。

线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小。

一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间它们从同一堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来安全的隐患。

多线程

Java 给多线程编程提供了内置的支持。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

单核CPU和多核CPU

单核CPU，其实是一种假的多线程，因为在一个时间单元内，也只能执行一个线程的任务。例如：虽然有多车道，但是收费站只有一个工作人员在收费，只有收了费才能通过，那么CPU就好比收费人员。如果有某个人不想交钱，那么收费人员可以把他“挂起”（晾着他，等他想通了，准备好了钱，再去收费）。但是因为CPU时间单元特别短，因此感觉不出来。

如果是多核的话，才能更好的发挥多线程的效率（现在的服务器都是多核的）。

一个Java应用程序java.exe，其实至少有三个线程：main()主线程，gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。

并行与并发

并行：多个CPU同时执行多个任务。比如：多个人同时做不同的事。
并发：一个CPU(采用时间片)同时执行多个任务。比如：秒杀、多个人做同一件事。

多线程程序的优点

        1. 提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义，可增强用户体验。
        2. 提高计算机系统CPU的利用率。
        3. 改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程，独立运行，利于理解和修改。

何时需要多线程

        程序需要同时执行两个或多个任务。
        程序需要实现一些需要等待的任务时，如用户输入、文件读写操作、网络操作、搜索等。
        需要一些后台运行的程序时。

线程的分类

Java中的线程分为两类：一种是守护线程，一种是用户线程。它们在几乎每个方面都是相同的，唯一的区别是判断JVM何时离开。

守护线程是用来服务用户线程的，通过在start()方法前调用thread.setDaemon(true)可以把一个用户线程变成一个守护线程。

Java垃圾回收就是一个典型的守护线程。若JVM中都是守护线程，当前JVM将退出。

线程的创建和使用

线程的创建和启动

Java语言的JVM允许程序运行多个线程，它通过java.lang.Thread类来体现。

每个线程都是通过某个特定Thread对象的run()方法来完成操作的，经常把run()方法的主体称为线程体。

通过该Thread对象的start()方法来启动这个线程，而非直接调用run()。

Thread类

构造器

序号	构造方法及描述
1	Thread() 创建新的Thread对象。
2	Thread(String threadname) 创建线程并指定线程实例名。
3	Thread(Runnable target) 指定创建线程的目标对象，它实现了Runnable接口中的run方法。
4	Thread(Runnable target, String name) 创建新的Thread对象。

方法（被 Thread 对象调用的）

序号	方法描述
1	public void start() 使该线程开始执行；Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。
2	public void run() 如果该线程是使用独立的 Runnable 运行对象构造的，则调用该 Runnable 对象的 run 方法；否则，该方法不执行任何操作并返回。
3	public final void setName(String name) 改变线程名称，使之与参数 name 相同。
4	public final void setPriority(int priority) 更改线程的优先级。
5	public final void setDaemon(boolean on) 将该线程标记为守护线程或用户线程。
6	public final void join(long millisec) 等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。
7	public void interrupt() 中断线程。
8	public final boolean isAlive() 测试线程是否处于活动状态。

静态方法（被Thread 类调用的）

序号	方法描述
1	public static void yield() 暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。
2	public static void sleep(long millisec) 在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行），此操作受到系统计时器和调度程序精度和准确性的影响。
3	public static boolean holdsLock(Object x) 当且仅当当前线程在指定的对象上保持监视器锁时，才返回 true。
4	public static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用。
5	public static void dumpStack() 将当前线程的堆栈跟踪打印至标准错误流。

创建线程的四种方式

JDK1.5之前创建新执行线程有两种方法：继承Thread类的方式和实现Runnable接口的方式。

JDK5.0 新增线程创建方式：实现Callable接口的方式和使用线程池。

方式一：继承Thread类

1) 定义子类继承Thread类。
2) 子类中重写Thread类中的run方法。
3) 创建Thread子类对象，即创建了线程对象。
4) 调用线程对象start方法：启动线程，调用run方法。

class MyThread extends Thread {
    public MyThread(){
        super();
    }
    public void run(){
        for(int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("子线程: " + i)
        }
    }
}
public class TestThread {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建线程。
        MyThread mt, = Tew MyThread();
        //2.启动线程并调用当前线程的run()方法。
        mt. start();
    }
}

注意点：

        1. 如果自己手动调用run()方法，那么就只是普通方法，没有启动多线程模式。
        2. run()方法由JVM调用，什么时候调用，执行的过程控制都有操作系统的CPU调度决定。
        3. 想要启动多线程，必须调用start方法。
        4. 一个线程对象只能调用一次start()方法启动，如果重复调用了，则将抛出以上的异常“IllegalThreadStateException”。

方式二：实现Runnable接口

1) 定义子类，实现Runnable接口。
2) 子类中重写Runnable接口中的run方法。
3) 通过Thread类含参构造器创建线程对象。
4) 将Runnable接口的子类对象作为实际参数传递给Thread类的构造器中。
5) 调用Thread类的start方法：开启线程，调用Runnable子类接口的run方法。

public class DisplayMessage implements Runnable {
    private String message;
   
    public DisplayMessage(String message) {
        this.message = message;
    }
   
    public void run() {
        while(true) {
            System.out.println(message);
        }
    }
}

继承方式和实现方式的联系与区别

public class Thread extends Object implements Runnable

区别：
继承Thread：线程代码存放Thread子类run方法中。
实现Runnable：线程代码存在接口的子类的run方法。

实现方式的好处：
避免了单继承的局限性。
多个线程可以共享同一个接口实现类的对象，非常适合多个相同线程来处理同一份资源。

方式三：实现Callable接口

1. 创建 Callable 接口的实现类，并实现 call() 方法，该 call() 方法将作为线程执行体，并且有返回值。
2. 创建 Callable 实现类的实例，使用 FutureTask 类来包装 Callable 对象，该 FutureTask 对象封装了该 Callable 对象的 call() 方法的返回值。
3. 使用 FutureTask 对象作为 Thread 对象的 target 创建并启动新线程。
4. 调用 FutureTask 对象的 get() 方法来获得子线程执行结束后的返回值。

与使用Runnable相比， Callable功能更强大些；相比run()方法，可以有返回值；方法可以抛出异常；支持泛型的返回值；需要借助FutureTask类，比如获取返回结果；

Future接口

        可以对具体Runnable、Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果等。
        FutrueTask是Futrue接口的唯一的实现类。
        FutureTask 同时实现了Runnable, Future接口。它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值。

public class CallableThreadTest implements Callable<Integer> {
    public static void main(String[] args) {  
        CallableThreadTest ctt = new CallableThreadTest();  
        FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<>(ctt);  
        for(int i = 0;i < 100;i++) {  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 的循环变量i的值"+i);  
            if(i==20)  
            {  
                new Thread(ft,"有返回值的线程").start();  
            }  
        }  
        try {  
            System.out.println("子线程的返回值："+ft.get());  
        } catch (InterruptedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        } catch (ExecutionException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
  
    }
    @Override  
    public Integer call() throws Exception {  
        int i = 0;  
        for(;i<100;i++) {  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);  
        }  
        return i;  
    }  
}

方式四：使用线程池

背景：
经常创建和销毁、使用量特别大的资源，比如并发情况下的线程，对性能影响很大。 

思路：
提前创建好多个线程，放入线程池中，使用时直接获取，使用完放回池中。可以避免频繁创建销毁、实现重复利用。类似生活中的公共交通工具。

好处：
        提高响应速度（减少了创建新线程的时间）；
        降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）；
        便于线程管理；
        corePoolSize：核心池的大小；
        maximumPoolSize：最大线程数  keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止；
…

线程池相关API

JDK 5.0起提供了线程池相关API：ExecutorService 和 Executors。

ExecutorService：真正的线程池接口。常见子类ThreadPoolExecutor。

序号	方法及描述
1	void execute(Runnable command) 执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行Runnable。
2	<T> Future<T> submit(Callable<T> task) 执行任务，有返回值，一般又来执行Callable。
3	void shutdown() 关闭连接池。

Executors：工具类、线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池。

序号	方法及描述
1	Executors.newCachedThreadPool() 创建一个可根据需要创建新线程的线程池。
2	Executors.newFixedThreadPool(n) 创建一个可重用固定线程数的线程池。
3	Executors.newSingleThreadExecutor() 创建一个只有一个线程的线程池。
4	Executors.newScheduledThreadPool(n) 创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。

线程的调度

调度策略：

时间片：

抢占式：高优先级的线程抢占CPU

Java的调度方法：

同优先级线程组成先进先出队列（先到先服务），使用时间片策略。
对高优先级，使用优先调度的抢占式策略。

线程的优先级

每一个 Java 线程都有一个优先级，这样有助于操作系统确定线程的调度顺序。

Java 线程的优先级是一个整数，其取值范围是 1- 10 。默认情况下，每一个线程都会分配一个优先级 NORM_PRIORITY（5）。线程的优先级等级：

        MAX_PRIORITY：10
        MIN _PRIORITY：1
        NORM_PRIORITY：5

涉及的方法：

getPriority() ：返回线程优先值
setPriority(int newPriority) ：改变线程的优先级

说明：

线程创建时继承父线程的优先级；

具有较高优先级的线程对程序更重要，并且应该在低优先级的线程之前分配处理器资源。但是，低优先级只是获得调度的概率低，并非一定是在高优先级线程之后才被调用。线程优先级不能保证线程执行的顺序，而且非常依赖于平台。

线程的生命周期

JDK中用Thread.State类定义了线程的几种状态

要想实现多线程，必须在主线程中创建新的线程对象。Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程，在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五种状态：

        新建：当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态。
        就绪：处于新建状态的线程被start()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已具备了运行的条件，只是没分配到CPU资源。
        运行：当就绪的线程被调度并获得CPU资源时,便进入运行状态， run()方法定义了线程的操作和功能。
        阻塞：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出 CPU 并临时中止自己的执行，进入阻塞状态。
        死亡：线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束。

线程的生命周期