# Java 多線程編程 Java給多線程編程提供了內置的支持。一個多線程程序包含兩個或多個能并發運行的部分。程序的每一部分都稱作一個線程，并且每個線程定義了一個獨立的執行路徑。 多線程是多任務的一種特別的形式。多線程比多任務需要更小的開銷。 這里定義和線程相關的另一個術語：進程：一個進程包括由操作系統分配的內存空間，包含一個或多個線程。一個線程不能獨立的存在，它必須是進程的一部分。一個進程一直運行，直到所有的非守候線程都結束運行后才能結束。 多線程能滿足程序員編寫非常有效率的程序來達到充分利用CPU的目的，因為CPU的空閑時間能夠保持在最低限度。 ## 一個線程的生命周 線程經過其生命周期的各個階段。下圖顯示了一個線程完整的生命周期。  * **新狀態:** 一個新產生的線程從新狀態開始了它的生命周期。它保持這個狀態知道程序start這個線程。 * **運行狀態:**當一個新狀態的線程被start以后，線程就變成可運行狀態，一個線程在此狀態下被認為是開始執行其任務 * **就緒狀態:**當一個線程等待另外一個線程執行一個任務的時候，該線程就進入就緒狀態。當另一個線程給就緒狀態的線程發送信號時，該線程才重新切換到運行狀態。 * **休眠狀態:** 由于一個線程的時間片用完了，該線程從運行狀態進入休眠狀態。當時間間隔到期或者等待的時間發生了，該狀態的線程切換到運行狀態。 * **終止狀態:** 一個運行狀態的線程完成任務或者其他終止條件發生，該線程就切換到終止狀態。 ## 線程的優先級 每一個Java線程都有一個優先級，這樣有助于操作系統確定線程的調度順序。Java優先級在MIN_PRIORITY（1）和MAX_PRIORITY（10）之間的范圍內。默認情況下，每一個線程都會分配一個優先級NORM_PRIORITY（5）。 具有較高優先級的線程對程序更重要，并且應該在低優先級的線程之前分配處理器時間。然而，線程優先級不能保證線程執行的順序，而且非常依賴于平臺。 ## 創建一個線程 Java提供了兩種創建線程方法： * 通過實現Runable接口； * 通過繼承Thread類本身。 ## 通過實現Runnable接口來創建線程 創建一個線程，最簡單的方法是創建一個實現Runnable接口的類。 為了實現Runnable，一個類只需要執行一個方法調用run()，聲明如下： ``` publicvoid run() ``` 你可以重寫該方法，重要的是理解的run()可以調用其他方法，使用其他類，并聲明變量，就像主線程一樣。 在創建一個實現Runnable接口的類之后，你可以在類中實例化一個線程對象。 Thread定義了幾個構造方法，下面的這個是我們經常使用的： ``` Thread(Runnable threadOb,String threadName); ``` 這里，threadOb 是一個實現Runnable 接口的類的實例，并且 threadName指定新線程的名字。 新線程創建之后，你調用它的start()方法它才會運行。 ``` void start(); ``` ### 實例 下面是一個創建線程并開始讓它執行的實例： ``` // 創建一個新的線程 class NewThread implements Runnable { Thread t; NewThread() { // 創建第二個新線程 t = new Thread(this, "Demo Thread"); System.out.println("Child thread: " + t); t.start(); // 開始線程 } // 第二個線程入口 public void run() { try { for(int i = 5; i > 0; i--) { System.out.println("Child Thread: " + i); // 暫停線程 Thread.sleep(50); } } catch (InterruptedException e) { System.out.println("Child interrupted."); } System.out.println("Exiting child thread."); } } public class ThreadDemo { public static void main(String args[]) { new NewThread(); // 創建一個新線程 try { for(int i = 5; i > 0; i--) { System.out.println("Main Thread: " + i); Thread.sleep(100); } } catch (InterruptedException e) { System.out.println("Main thread interrupted."); } System.out.println("Main thread exiting."); } } ``` 編譯以上程序運行結果如下： ``` Child thread: Thread[Demo Thread,5,main] Main Thread: 5 Child Thread: 5 Child Thread: 4 Main Thread: 4 Child Thread: 3 Child Thread: 2 Main Thread: 3 Child Thread: 1 Exiting child thread. Main Thread: 2 Main Thread: 1 Main thread exiting. ``` ## 通過繼承Thread來創建線程 創建一個線程的第二種方法是創建一個新的類，該類繼承Thread類，然后創建一個該類的實例。 繼承類必須重寫run()方法，該方法是新線程的入口點。它也必須調用start()方法才能執行。 ### 實例 ``` // 通過繼承 Thread 創建線程 class NewThread extends Thread { NewThread() { // 創建第二個新線程 super("Demo Thread"); System.out.println("Child thread: " + this); start(); // 開始線程 } // 第二個線程入口 public void run() { try { for(int i = 5; i > 0; i--) { System.out.println("Child Thread: " + i); // 讓線程休眠一會 Thread.sleep(50); } } catch (InterruptedException e) { System.out.println("Child interrupted."); } System.out.println("Exiting child thread."); } } public class ExtendThread { public static void main(String args[]) { new NewThread(); // 創建一個新線程 try { for(int i = 5; i > 0; i--) { System.out.println("Main Thread: " + i); Thread.sleep(100); } } catch (InterruptedException e) { System.out.println("Main thread interrupted."); } System.out.println("Main thread exiting."); } } ``` 編譯以上程序運行結果如下： ``` Child thread: Thread[Demo Thread,5,main] Main Thread: 5 Child Thread: 5 Child Thread: 4 Main Thread: 4 Child Thread: 3 Child Thread: 2 Main Thread: 3 Child Thread: 1 Exiting child thread. Main Thread: 2 Main Thread: 1 Main thread exiting. ``` ## Thread 方法 下表列出了Thread類的一些重要方法： | **方法** | **描述** | | --- | --- | | **public void start()** | 使該線程開始執行；**Java** | 虛擬機調用該線程的?run?方法。 | | **public void run()** | 如果該線程是使用獨立的?Runnable?運行對象構造的，則調用該?Runnable?對象的?run?方法；否則，該方法不執行任何操作并返回。 | | **public final void setName(String name)** | 改變線程名稱，使之與參數?name?相同。 | | **public final void setPriority(int priority)** | ?更改線程的優先級。 | | **public final void setDaemon(boolean on)** | 將該線程標記為守護線程或用戶線程。 | | **public final void join(long millisec)** | 等待該線程終止的時間最長為?millis?毫秒。 | | **public void interrupt()** | 中斷線程。 | | **public final boolean isAlive()** | 測試線程是否處于活動狀態。 | 測試線程是否處于活動狀態。 上述方法是被Thread對象調用的。下面的方法是Thread類的靜態方法。 | **方法** | **描述** | | --- | --- | | **public static void yield()** | 暫停當前正在執行的線程對象，并執行其他線程。 | | **public static void sleep(long millisec)** | 在指定的毫秒數內讓當前正在執行的線程休眠（暫停執行），此操作受到系統計時器和調度程序精度和準確性的影響。 | | **public static boolean holdsLock(Object x)** | 當且僅當當前線程在指定的對象上保持監視器鎖時，才返回?true。 | | **public static Thread currentThread()** | 返回對當前正在執行的線程對象的引用。 | | **public static void dumpStack()** | 將當前線程的堆棧跟蹤打印至標準錯誤流。 | ### 實例 如下的ThreadClassDemo 程序演示了Thread類的一些方法： ``` // 文件名 : DisplayMessage.java // 通過實現 Runnable 接口創建線程 public class DisplayMessage implements Runnable { private String message; public DisplayMessage(String message) { this.message = message; } public void run() { while(true) { System.out.println(message); } } } ``` ``` // 文件名 : GuessANumber.java // 通過繼承 Thread 類創建線程 public class GuessANumber extends Thread { private int number; public GuessANumber(int number) { this.number = number; } public void run() { int counter = 0; int guess = 0; do { guess = (int) (Math.random() * 100 + 1); System.out.println(this.getName() + " guesses " + guess); counter++; }while(guess != number); System.out.println("** Correct! " + this.getName() + " in " + counter + " guesses.**"); } } ``` ``` // 文件名 : ThreadClassDemo.java public class ThreadClassDemo { public static void main(String [] args) { Runnable hello = new DisplayMessage("Hello"); Thread thread1 = new Thread(hello); thread1.setDaemon(true); thread1.setName("hello"); System.out.println("Starting hello thread..."); thread1.start(); Runnable bye = new DisplayMessage("Goodbye"); Thread thread2 = new Thread(hello); thread2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY); thread2.setDaemon(true); System.out.println("Starting goodbye thread..."); thread2.start(); System.out.println("Starting thread3..."); Thread thread3 = new GuessANumber(27); thread3.start(); try { thread3.join(); }catch(InterruptedException e) { System.out.println("Thread interrupted."); } System.out.println("Starting thread4..."); Thread thread4 = new GuessANumber(75); thread4.start(); System.out.println("main() is ending..."); } } ``` 運行結果如下，每一次運行的結果都不一樣。 ``` Starting hello thread... Starting goodbye thread... Hello Hello Hello Hello Hello Hello Hello Hello Hello Thread-2 guesses 27 Hello ** Correct! Thread-2 in 102 guesses.** Hello Starting thread4... Hello Hello ..........remaining result produced. ``` ## 線程的幾個主要概念: 在多線程編程時，你需要了解以下幾個概念： * 線程同步 * 線程間通信 * 線程死鎖 * 線程控制：掛起、停止和恢復 ## 多線程的使用 有效利用多線程的關鍵是理解程序是并發執行而不是串行執行的。例如：程序中有兩個子系統需要并發執行，這時候就需要利用多線程編程。 通過對多線程的使用，可以編寫出非常高效的程序。不過請注意，如果你創建太多的線程，程序執行的效率實際上是降低了，而不是提升了。 請記住，上下文的切換開銷也很重要，如果你創建了太多的線程，CPU花費在上下文的切換的時間將多于執行程序的時間！