基於Java回顧之多執行緒詳解

執行緒是作業系統運作的基本單位，它被封裝在行程中，一個行程可以包含多個執行緒。即使我們不手動創造線程，進程也會有一個預設的線程在運行。

對於JVM來說，當我們寫一個單執行緒的程式去運行時，JVM中也是有至少兩個執行緒在運行，一個是我們創建的程序，一個是垃圾回收。

執行緒基本資訊

我們可以透過Thread.currentThread()方法取得目前執行緒的一些信息，並對其進行修改。

我們來看以下程式碼：

查看并修改当前线程的属性
 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，每個執行緒都會預設在一個執行緒組裡，我們也可以顯式的建立執行緒組，一個執行緒組中也可以包含子執行緒組，這樣執行緒和執行緒組，就構成了一個樹狀結構。

    Name，每個線程都會有一個名字，如果不明確指定，那麼名字的規則是「Thread-xxx」。

    Priority，每個執行緒都會有自己的優先級，JVM對優先順序的處理方式是「搶佔式」的。當JVM發現優先順序高的線程時，馬上運行該線程；對於多個優先權相等的線程，JVM對其進行輪詢處理。 Java的執行緒優先權從1到10，預設是5，Thread類別定義了2個常數：MIN_PRIORITY和MAX_PRIORITY來表示最高和最低優先權。

    我們可以看下面的程式碼，它定義了兩個不同優先權的執行緒：

线程优先级示例
 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();
 }

從運作結果可以看出，是高優先權執行完成後，低優先權執行緒才運作。
    isDaemon，這個屬性用來控制父子執行緒的關係，如果設定為true，當父執行緒結束後，其下所有子執行緒也結束，反之，子執行緒的生命週期不受父執行緒影響。
我們來看下面的範例：

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();
 }

   上面程式碼的運行結果，在和刪除subThread.setDaemon(true);後對比，可以發現後者運行過程中子執行緒會完成執行後再結束，而前者中，子線程很快就結束了。

如何創建線程

上面的內容，都是演示默認線程中的一些信息，那麼應該如何創建線程呢？在Java中，我們有3種方式可以用來建立執行緒。

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

使用內部類別來建立線程

我們可以使用內部類別的方式來建立線程，過程是聲明一個Thread類型的變量，並重寫run方法。範例程式碼如下：

使用内部类创建线程
 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以建立執行緒

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。範例程式碼如下：

派生Thread类以创建线程
 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();
 }

實作Runnable介面以建立執行緒

我們可以定義一個類，使其實作Runnable接口，然後將該類別的實例作為建構Thread變數建構函數的參數。範例程式碼如下：

实现Runnable接口以创建线程
 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種方式都可以創建線程，而且從範例程式碼上看，線程執行的功能是一樣的，那麼這三種創建方式有什麼不同呢？

這涉及到Java中多執行緒的運作模式，對於Java來說，多執行緒在執行時，有「多物件多執行緒」和「單物件多執行緒」的區別：

    多物件多執行緒，程式在運行過程中創建多個線程對象，每個對像上運行一個線程。
    單對像多線程，程式在運行過程中建立一個線程對象，並在其上運行多個線程。

顯然，從執行緒同步和調度的角度來看，多物件多執行緒要簡單一些。上述3種執行緒建立方式，前兩種都屬於“多物件多執行緒”，第三種既可以使用“多物件多執行緒”，也可以使用“單物件單執行緒”。

我們來看下面的範例程式碼，裡面會用到Object.notify方法，這個方法會喚醒物件上的一個執行緒；而Object.notifyAll方法，則會喚醒物件上的所有執行緒。

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 + "个线程准备休眠5分钟。");
         try
         {
             synchronized(this)
             {
                 this.wait(5*60*1000);
             }
         }
         catch(InterruptedException ex)
         {
             ex.printStackTrace();
         }
         System.out.println("第" + id + "个线程被唤醒。");
     }
 }

 class MyRunner implements Runnable
 {
     public int id = 0;
     public void run() 
     {
         System.out.println("第" + id + "个线程准备休眠5分钟。");
         try
         {
             synchronized(this)
             {
                 this.wait(5*60*1000);
             }
         }
         catch(InterruptedException ex)
         {
             ex.printStackTrace();
         }
         System.out.println("第" + id + "个线程被唤醒。");
     }

 }

範例程式碼中，notifyTest()和notifyTest2()是“多物件多執行緒”，儘管notifyTest2()中的執行緒實作了Runnable接口，但是它裡面定義Thread數組時，每個元素都使用了一個新的Runnable實例。 notifyTest3()屬於“單物件多執行緒”，因為我們只定義了一個Runnable實例，所有的執行緒都會使用這個實例。

notifyAll方法適用於「單一物件多執行緒」的情景，因為notify方法只會隨機喚醒物件上的一個執行緒。

線程的狀態切換

對於線程來講，從我們創建它一直到線程運行結束，在這個過程中，線程的狀態可能是這樣的：

创建：已经有Thread实例了， 但是CPU还有为其分配资源和时间片。
就绪：线程已经获得了运行所需的所有资源，只等CPU进行时间调度。
运行：线程位于当前CPU时间片中，正在执行相关逻辑。
休眠：一般是调用Thread.sleep后的状态，这时线程依然持有运行所需的各种资源，但是不会被CPU调度。
挂起：一般是调用Thread.suspend后的状态，和休眠类似，CPU不会调度该线程，不同的是，这种状态下，线程会释放所有资源。
死亡：线程运行结束或者调用了Thread.stop方法。

下面我们来演示如何进行线程状态切换，首先我们会用到下面方法：

Thread()或者Thread(Runnable)：构造线程。
Thread.start：启动线程。
Thread.sleep：将线程切换至休眠状态。
Thread.interrupt：中断线程的执行。
Thread.join：等待某线程结束。
Thread.yield：剥夺线程在CPU上的执行时间片，等待下一次调度。
Object.wait：将Object上所有线程锁定，直到notify方法才继续运行。
Object.notify：随机唤醒Object上的1个线程。
Object.notifyAll：唤醒Object上的所有线程。

下面，就是演示时间啦！！！

线程等待与唤醒

这里主要使用Object.wait和Object.notify方法，请参见上面的notify实例。需要注意的是，wait和notify都必须针对同一个对象，当我们使用实现Runnable接口的方式来创建线程时，应该是在Runnable对象而非Thread对象上使用这两个方法。

线程的休眠与唤醒

Thread.sleep实例
 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("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "将要休眠5分钟。");
                 try
                 {
                     Thread.sleep(5*60*1000);
                 }
                 catch(InterruptedException ex)
                 {
                     System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "休眠被中断。");
                 }
                 System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "休眠结束。");
             }
         };
         thread.setDaemon(true);
         thread.start();
         Thread.sleep(500);
         thread.interrupt();
     }

 }

线程在休眠过程中，我们可以使用Thread.interrupt将其唤醒，这时线程会抛出InterruptedException。

线程的终止

虽然有Thread.stop方法，但该方法是不被推荐使用的，我们可以利用上面休眠与唤醒的机制，让线程在处理IterruptedException时，结束线程。

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("线程运行中。");
                 try
                 {
                     Thread.sleep(1*60*1000);
                 }
                 catch(InterruptedException ex)
                 {
                     System.out.println("线程中断，结束线程");
                     return;
                 }
                 System.out.println("线程正常结束。");
             }
         };
         thread.start();
         Thread.sleep(500);
         thread.interrupt();
     }
 }

线程的同步等待

当我们在主线程中创建了10个子线程，然后我们期望10个子线程全部结束后，主线程在执行接下来的逻辑，这时，就该Thread.join登场了。

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("线程在运行。");
                         Thread.sleep(1000);
                     }
                 }
                 catch(InterruptedException ex)
                 {
                     ex.printStackTrace();
                 }
             }
         };
         thread.setDaemon(true);
         thread.start();
         Thread.sleep(1000);
         thread.join();
         System.out.println("主线程正常结束。");
     }
 }

我们可以试着将thread.join();注释或者删除，再次运行程序，就可以发现不同了。

线程间通信

我们知道，一个进程下面的所有线程是共享内存空间的，那么我们如何在不同的线程之间传递消息呢？在回顾 Java I/O时，我们谈到了PipedStream和PipedReader，这里，就是它们发挥作用的地方了。

下面的两个示例，功能完全一样，不同的是一个使用Stream，一个使用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();
 }

 以上就是基于Java回顾之多线程详解的内容，更多相关内容请关注PHP中文网（www.php.cn）！