一文读懂 Java 多线程原理

前言

线程池，故名思意，就是一个寄存线程的池子，学术一点的说法，就是一组寄存线程资源的汇合。为什么有线程池这一概念地产生呢？想想以前咱们都是须要线程的时候，间接本人手动来创立一个，而后执行完工作咱们就不论了，线程就是咱们执行异步工作的一个工具或者说载体，咱们并没有太多关注于这个线程本身生命周期对于零碎或环境的影响，而只把重心放在了多线程工作执行实现的后果输入，而后目标达到了，然而真正疏忽了线程资源的保护和监控等问题。随着大型零碎大量多线程资源的应用，对多线程疏于器重、保护和治理而对资源占用和拉低性能的影响逐步扩充，才引起了人们的思考。

多线程的创立和销毁在多线程的生命周期中占有很大比重，这一部分其实很占用资源和性能，如果应用线程来执行简略工作，而因为线程自身的保护老本曾经超出工作执行的效益，这是得失相当的，于是就产生了线程池。通过应用线程池，将线程的生命周期管控起来，同时可能不便地获取到线程、复用线程，防止频繁地创立和销毁线程带来额定性能开销，这大略就是线程池引入的背景和初衷吧。

一、多线程创立形式

1.1、继承 Thread 类创立线程类

1. 实现步骤

定义一个继承 Thread 类的子类，并重写该类的 run() 办法；

创立 Thread 子类的实例，即创立了线程对象；

调用该线程对象的 start() 办法启动线程。

2. 外围代码

`class SomeThead extends Thraad {public void run() {//do something here
}
}

public static void main(String[] args){SomeThread oneThread = new SomeThread();
// 启动线程
oneThread.start();}`

1.2、实现 Runnable 接口创立线程类

1. 实现步骤

定义 Runnable 接口的实现类，并重写该接口的 run() 办法；

创立 Runnable 实现类的实例，并以此实例作为 Thread 的 target 对象，即该 Thread 对象才是真正的线程对象。

2. 外围代码

class SomeRunnable implements Runnable {public void run() {//do something here} } Runnable oneRunnable = new SomeRunnable(); Thread oneThread = new Thread(oneRunnable); oneThread.start();

1.3、通过 Callable 和 Future 创立线程

1. 实现步骤

创立 Callable 接口的实现类，并实现 call() 办法，改办法将作为线程执行体，且具备返回值。

创立 Callable 实现类的实例，应用 FutrueTask 类进行包装 Callable 对象，FutureTask 对象封装了 Callable 对象的 call() 办法的返回值

应用 FutureTask 对象作为 Thread 对象的 target 创立并启动新线程

调用 FutureTask 对象的 get（）办法获取子线程执行完结后的返回值。

2. 外围代码

`//1. 创立 Callable 接口的实现类，并实现 call() 办法 public class SomeCallable01 implements Callable { @Override public Integer call() throws Exception {int i = 0; for(;i<10;i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+” “+i); } return i; }

public static void main(String[] args) {
    //2. 创立 Callable 实现类的实例
    SomeCallable01 ctt = new SomeCallable01();
    
    //3. 应用 FutrueTask 类进行包装 Callable 对象，FutureTask 对象封装了 Callable 对象的 call() 办法的返回值
    FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<>(ctt);

    // 开启 ft 线程
    for(int i = 0;i < 21;i++)
    {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"的循环变量 i 的值"+i);
        if(i==20)// i 为 20 的时候创立 ft 线程
        {
            //4. 应用 FutureTask 对象作为 Thread 对象的 target 创立并启动新线程
            new Thread(ft,"有返回值的线程 FutureTask").start();}
    }

    //ft 线程完结时，获取返回值
    try
    {    
        //5. 调用 FutureTask 对象的 get（）办法获取子线程执行完结后的返回值。System.out.println("子线程的返回值："+ft.get());//get() 办法会阻塞，直到子线程执行完结才返回} catch (InterruptedException e)
    {e.printStackTrace();
    } catch (ExecutionException e)
    {e.printStackTrace();
    }
}
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}`

二、创立线程形式的区别

1. 应用继承 Thread 类的形式创立多线程

1）劣势

编写简略，如果须要拜访以后线程，则无需应用 Thread.currentThread() 办法，间接应用 this 即可取得以后线程。

2）劣势

线程类曾经继承了 Thread 类，所以不能再继承其余父类。（有单继承的局限性）

创立多线程时，每个工作有成员变量时不共享，必须加 static 能力做到共享

2. 应用实现 Runnable 类的形式创立多线程

1）劣势

防止了单继承的局限性、多个线程能够共享一个 target 对象，非常适合多线程解决同一份资源的情景。

2）劣势

比较复杂、拜访线程必须应用 Thread.currentThread（）办法、无返回值。

3. 应用实现 Callable 接口的形式创立多线程

1）劣势

有返回值、防止了单继承的局限性、多个线程能够共享一个 target 对象，非常适合多线程解决同一份资源的情景。

2）劣势

比较复杂、拜访线程必须应用 Thread.currentThread（）办法

4.Runnable 和 Callable 的区别

1）Callable 规定（重写）的办法是 call()，Runnable 规定（重写）的办法是 run()。

2）Callable 的工作执行后可返回值，而 Runnable 的工作是不能返回值的。

3）call 办法能够抛出异样，run 办法不能够。

4）运行 Callable 工作能够拿到一个 Future 对象，示意异步计算的后果。它提供了查看计算是否实现的办法，以期待计算的实现，并检索计算的后果。通过 Future 对象能够理解工作执行状况，可勾销工作的执行，还可获取执行后果 future.get()。

三、多线程调度

3.1、调度策略

工夫片：线程的调度采纳工夫片轮转的形式 抢占式：高优先级的线程抢占 CPU

3.2、Java 的调度办法

1）对于同优先级的线程组成先进先出队列（先到先服务），应用工夫片策略

2）对高优先级，应用优先调度的抢占式策略

3.3、线程的优先级

等级：

MAX_PRIORITY:10

MIN_PRIORITY:1

NORM_PRIORITY:5

办法：

`getPriority(): 返回线程优先级

setPriority(int newPriority): 扭转线程的优先级 `

备注：

高优先级的线程要抢占低优先级的线程的 cpu 的执行权。然而仅是从概率上来说的，高优先级的线程更有可能被执行。并不意味着只有高优先级的线程执行完当前，低优先级的线程才执行。

四、多线程状态治理

4.1、线程睡眠 —sleep

1）概述

如果咱们须要让以后正在执行的线程暂停一段时间，并进入阻塞状态，则能够通过调用 Thread 的 sleep 办法。

2）线程睡眠办法

在指定的毫秒数内让正在执行的线程休眠：

sleep（long millis）在指定的毫秒数加指定的纳秒数内让正在执行的线程休眠：

sleep（long millis，int nanos）

3）代码实现

sleep 是静态方法，最好不要用 Thread 的实例对象调用它，因为它睡眠的始终是以后正在运行的线程，而不是调用它的线程对象，它只对正在运行状态的线程对象无效。

`public class SynTest {public static void main(String[] args) {new Thread(new CountDown(),” 倒计时 ”).start();} }

class CountDown implements Runnable{int time = 10; public void run() {while (true) {if(time>=0){System.out.println(Thread.currentThread().getName() + “:” + time–); try {Thread.sleep(1000); // 睡眠工夫为 1 秒 } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace(); } } } } }`

4）备注

Java 线程调度是 Java 多线程的外围，只有良好的调度，能力充分发挥零碎的性能，进步程序的执行效率。然而不论程序员怎么编写调度，只能最大限度的影响线程执行的秩序，而不能做到精准管制。因为应用 sleep 办法之后，线程是进入阻塞状态的，只有当睡眠的工夫完结，才会从新进入到就绪状态，而就绪状态进入到运行状态，是由系统控制的，咱们不可能精准的去干预它，所以如果调用 Thread.sleep(1000) 使得线程睡眠 1 秒，可能后果会大于 1 秒。

4.2、线程退让 —yield

1）概述

yield() 办法和 sleep() 办法有点类似，它也是 Thread 类提供的一个动态的办法，它也能够让以后正在执行的线程暂停，让出 cpu 资源给其余的线程。然而和 sleep() 办法不同的是，它不会进入到阻塞状态，而是进入到就绪状态。yield() 办法只是让以后线程暂停一下，从新进入就绪的线程池中，让零碎的线程调度器从新调度器从新调度一次，齐全可能呈现这样的状况：当某个线程调用 yield() 办法之后，线程调度器又将其调度进去从新进入到运行状态执行。

实际上，当某个线程调用了 yield() 办法暂停之后，优先级与以后线程雷同，或者优先级比以后线程更高的就绪状态的线程更有可能取得执行的机会，当然，只是有可能，因为咱们不可能准确的干预 cpu 调度线程。

2）代码实现

public class Test1 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {new MyThread("低级", 1).start();  
        new MyThread("中级", 5).start();  
        new MyThread("高级", 10).start();}  
}  
  
class MyThread extends Thread {public MyThread(String name, int pro) {super(name);// 设置线程的名称  
        this.setPriority(pro);// 设置优先级  
    }  
  
    @Override  
    public void run() {for (int i = 0; i < 30; i++) {System.out.println(this.getName() + "线程第" + i + "次执行！");  
            if (i % 5 == 0)  
                Thread.yield();}  
    }  
}
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3）sleep 和 yield 的区别

①sleep 办法暂停以后线程后，会进入阻塞状态，只有当睡眠工夫到了，才会转入就绪状态。而 yield 办法调用后，是间接进入就绪状态，所以有可能刚进入就绪状态，又被调度到运行状态。

②sleep 办法申明抛出了 InterruptedException，所以调用 sleep 办法的时候要捕捉该异样，或者显示申明抛出该异样。而 yield 办法则没有申明抛出工作异样。

③sleep 办法比 yield 办法有更好的可移植性，通常不要依附 yield 办法来管制并发线程的执行。

4.3、线程合并 —join

1）概述

线程的合并的含意就是将几个并行线程的线程合并为一个单线程执行，利用场景是当一个线程必须期待另一个线程执行结束能力执行时，Thread 类提供了 join 办法来实现这个性能，留神，它不是静态方法。

简而言之：

​ 当 B 线程执行到了 A 线程的.join（）办法时，B 线程就会期待，等 A 线程都执行结束，B 线程才会执行。join 能够用来长期退出线程执行。

2）线程合并办法

它有三个重载办法：

​ 以后线程等该退出该线程前面，期待该线程终止。

void join()

​ 以后线程期待该线程终止的工夫最长为 millis 毫秒。

​ 如果在 millis 工夫内，该线程没有执行完，那么以后线程进入就绪状态，从新期待 cpu 调度

void join(long millis)

​ 期待该线程终止的工夫最长为 millis 毫秒 + nanos

​ 纳秒。如果在 millis 工夫内，该线程没有执行完，那么以后线程进入就绪状态，从新期待 cpu 调度

void join(long millis,int nanos)

3）代码实现

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {yieldDemo ms = new yieldDemo();
        Thread t1 = new Thread(ms,"张三吃完还剩");
        Thread t2 = new Thread(ms,"李四吃完还剩");
        Thread t3 = new Thread(ms,"王五吃完还剩");
        t1.start();
        t1.join();
        
        t2.start();
        t3.start();
        System.out.println("主线程");
    }`
    
    
    
Thread t = new Thread(() -> {
    try {Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
    }
    r = 10;
});

t.start();
// 让主线程阻塞 期待 t 线程执行完才继续执行 
// 去除该行，执行后果为 0，加上该行 执行后果为 10
t.join();
log.info("r:{}", r);

// 运行后果
13:09:13.892 [main] INFO thread.TestJoin - r:10
复制代码 

4.4、设置线程的优先级

1）概述

每个线程执行时都有一个优先级的属性，优先级高的线程能够取得较多的执行机会，而优先级低的线程则取得较少的执行机会。与线程休眠相似，线程的优先级依然无奈保障线程的执行秩序。只不过，优先级高的线程获取 CPU 资源的概率较大，优先级低的也并非没机会执行。

每个线程默认的优先级都与创立它的父线程具备雷同的优先级，在默认状况下，main 线程具备一般优先级。

2）波及优先级办法

Thread 类提供了 setPriority(int newPriority) 和 getPriority() 办法来设置和返回一个指定线程的优先级，其中 setPriority 办法的参数是一个整数，范畴是 1~·0 之间，也能够应用 Thread 类提供的三个动态常量：

MAX_PRIORITY =10 MIN_PRIORITY =1 NORM_PRIORITY =5

3）代码实现

public class Test1 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {new MyThread("高级", 10).start();  
            new MyThread("低级", 1).start();}  
    }  
      
    class MyThread extends Thread {public MyThread(String name,int pro) {super(name);// 设置线程的名称  
            setPriority(pro);// 设置线程的优先级  
        }  
        @Override  
        public void run() {for (int i = 0; i < 100; i++) {System.out.println(this.getName() + "线程第" + i + "次执行！");  
            }  
        }  
    }
   
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4）备注

尽管 Java 提供了 10 个优先级别，但这些优先级别须要操作系统的反对。不同的操作系统的优先级并不相同，而且也不能很好的和 Java 的 10 个优先级别对应。所以咱们应该应用 MAX_PRIORITY、MIN_PRIORITY 和 NORM_PRIORITY 三个动态常量来设定优先级，这样能力保障程序最好的可移植性。

4.5、后盾（守护）线程

1）概述

守护线程应用的状况较少，但并非无用，举例来说，JVM 的垃圾回收、内存治理等线程都是守护线程。还有就是在做数据库利用时候，应用的数据库连接池，连接池自身也蕴含着很多后盾线程，监控连贯个数、超时工夫、状态等等。

默认状况下，java 过程须要期待所有线程都运行完结，才会完结，有一种非凡线程叫守护线程，当所有的非守护线程都完结后，即便它没有执行完，也会强制完结。

2）波及办法

调用线程对象的办法 setDaemon(true)，则能够将其设置为守护线程。

将该线程标记为守护线程或用户线程。当正在运行的线程都是守护线程时，Java 虚拟机退出。该办法必须在启动线程前调用。该办法首先调用该线程的 checkAccess 办法，且不带任何参数。这可能抛出 SecurityException（在以后线程中）。

public final void setDaemon(boolean on)
参数：on – 如果为 true，则将该线程标记为守护线程。
抛出：
IllegalThreadStateException – 如果该线程处于活动状态。
SecurityException – 如果以后线程无奈批改该线程。

3）守护线程的用处

守护线程通常用于执行一些后台作业，例如在你的利用程序运行时播放背景音乐，在文字编辑器里做主动语法查看、主动保留等性能。

java 的垃圾回收也是一个守护线程。守护线的益处就是你不须要关怀它的完结问题。例如你在你的利用程序运行的时候心愿播放背景音乐，如果将这个播放背景音乐的线程设定为非守护线程，那么在用户申请退出的时候，不仅要退出主线程，还要告诉播放背景音乐的线程退出；如果设定为守护线程则不须要了。

4.6、进行线程

1）概述

Thread.stop()、Thread.suspend、Thread.resume、Runtime.runFinalizersOnExit 这些终止线程运行的办法曾经被废除了，应用它们是极其不平安的。

正确进行线程的办法：

​ 第一：失常执行完 run 办法，而后完结掉。

​ 第二：管制循环条件和判断条件的标识符来完结掉线程。

2）实现代码示例

class MyThread extends Thread {int i=0; boolean next=true; @Override public void run() {while (next) {if(i==10) next=false; i++; System.out.println(i); } } }

4.7、线程打断 —interrupt

1）什么是中断（interrupt）

​ 中断只是一种合作机制，Java 没有给中断减少任何语法，中断的过程齐全须要程序员本人实现；

​ 每个线程对象中都有一个标识，用于示意线程是否被中断；该标识位为 true 示意中断，为 false 示意未中断；

​ 通过调用线程对象的 interrupt 办法将该线程的标识位设为 true；能够在别的线程中调用，也能够在本人的线程中调用。

打断标记：线程是否被打断，true 示意被打断了，false 示意没有

2）波及办法

isInterrupted() 办法：

获取线程的打断标记（哪个线程对象调用就查看谁的）, 调用后不会批改线程的打断标记

interrupt() 办法：

中断 this 线程（哪个线程对象调用即中断谁）。如果这个须要被中断线程处于阻塞状态（sleep、wait、join），那么它的中断状态就会被革除，并且抛出异样（InterruptedException）。这个中断并非真正的进行掉线程，而是将它的中断状态设置成“进行”的状态，线程还是会持续运行，至于怎么进行掉该线程，还是要靠咱们本人去进行，该办法只是将线程的状态设置成“进行”的状态，即 true。

打断失常线程，线程不会真正被中断，然而线程的打断标记为 true。

interrupted() 办法：

查看以后线程是否被中断，与下面的 interrupt() 办法配合一起用。线程的中断状态将会被这个办法革除，也就是说：如果这个办法被间断胜利调用两次，第二次

调用将会返回 false（除非以后线程在第一次调用之后和第二次调用之前又被中断了）。

也就是说：调用后清空打断标记 即如果获取为 true 调用后打断标记为 false (不罕用)

4.8、线程梗塞

线程的阻塞能够分为好多种，从操作系统层面和 java 层面阻塞的定义可能不同，然而狭义上使得线程阻塞的形式有上面几种：

1）BIO 阻塞，即应用了阻塞式的 io 流

2）sleep(long time) 让线程休眠进入阻塞状态

3）a.join() 调用该办法的线程进入阻塞，期待 a 线程执行完复原运行

4）sychronized 或 ReentrantLock 造成线程未取得锁进入阻塞状态

5）取得锁之后调用 wait() 办法 也会让线程进入阻塞状态

6）LockSupport.park() 让线程进入阻塞状态

五、线程外围办法总结

5.1、六种线程状态和办法的对应关系

5.2、线程外围办法总结

1）Thread 类中的外围办法

2）Object 中与线程相干办法

参考：《2020 最新 Java 根底精讲视频教程和学习路线！》
链接：https://juejin.cn/post/693826…