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Java-多线程

Java是一种多线程编程语言，这意味着我们可以使用Java开发多线程程序。多线程程序包含两个或多个可以同时运行的部分，每个部分可以同时处理不同的任务，从而充分利用可用资源，特别是当您的计算机具有多个 CPU 时。

根据定义，多任务处理是指多个进程共享公共处理资源（例如 CPU）。多线程将多任务处理的理念扩展到应用程序中，您可以将单个应用程序中的特定操作细分为单独的线程。每个线程都可以并行运行。操作系统不仅在不同的应用程序之间划分处理时间，而且还在应用程序内的每个线程之间划分处理时间。

多线程使您能够以多种活动可以在同一程序中同时进行的方式进行编写。

线程的生命周期

线程在其生命周期中经历各个阶段。例如，一个线程诞生、启动、运行，然后消亡。下图展示了线程的完整生命周期。

Java线程生命周期

以下是生命周期的阶段 -

  • New - 新线程在新状态下开始其生命周期。它保持这种状态直到程序启动线程。它也被称为天生线程。

  • Runnable - 新生成的线程启动后，该线程变得可运行。处于这种状态的线程被认为正在执行其任务。

  • 等待- 有时，当线程等待另一个线程执行任务时，线程会转换到等待状态。仅当另一个线程向等待线程发出继续执行的信号时，线程才会转换回可运行状态。

  • 定时等待- 可运行线程可以在指定的时间间隔内进入定时等待状态。当该时间间隔到期或它正在等待的事件发生时，处于此状态的线程将转换回可运行状态。

  • 终止（死亡） - 可运行线程在完成其任务或以其他方式终止时进入终止状态。

线程优先级

每个 Java 线程都有一个优先级，可以帮助操作系统确定线程的调度顺序。

Java 线程优先级的范围是 MIN_PRIORITY（常数为 1）和 MAX_PRIORITY（常数为 10）之间。默认情况下，每个线程都被赋予优先级 NORM_PRIORITY（常数为 5）。

具有较高优先级的线程对于程序来说更重要，并且应该在较低优先级的线程之前分配处理器时间。然而，线程优先级不能保证线程执行的顺序，并且很大程度上依赖于平台。

通过实现可运行接口创建线程

如果您的类打算作为线程执行，那么您可以通过实现Runnable接口来实现这一点。您需要遵循三个基本步骤 -

步骤1

第一步，您需要实现Runnable接口提供的 run() 方法。该方法为线程提供了一个入口点，您将把完整的业务逻辑放入该方法中。以下是 run() 方法的简单语法 -

public void run( )

第2步

第二步，您将使用以下构造函数实例化Thread对象 -

Thread(Runnable threadObj, String threadName);

其中，threadObj是实现Runnable接口的类的实例，threadName是赋予新线程的名称。

步骤3

一旦创建了 Thread 对象，就可以通过调用start()方法来启动它，该方法会调用 run() 方法。以下是 start() 方法的简单语法 -

void start();

例子

这是一个创建新线程并开始运行它的示例 -

class RunnableDemo implements Runnable {
   private Thread t;
   private String threadName;
   
   RunnableDemo( String name) {
      threadName = name;
      System.out.println("Creating " +  threadName );
   }
   
   public void run() {
      System.out.println("Running " +  threadName );
      try {
         for(int i = 4; i > 0; i--) {
            System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i);
            // Let the thread sleep for a while.
            Thread.sleep(50);
         }
      } catch (InterruptedException e) {
         System.out.println("Thread " +  threadName + " interrupted.");
      }
      System.out.println("Thread " +  threadName + " exiting.");
   }
   
   public void start () {
      System.out.println("Starting " +  threadName );
      if (t == null) {
         t = new Thread (this, threadName);
         t.start ();
      }
   }
}

public class TestThread {

   public static void main(String args[]) {
      RunnableDemo R1 = new RunnableDemo( "Thread-1");
      R1.start();
      
      RunnableDemo R2 = new RunnableDemo( "Thread-2");
      R2.start();
   }   
}

输出

Creating Thread-1
Starting Thread-1
Creating Thread-2
Starting Thread-2
Running Thread-1
Thread: Thread-1, 4
Running Thread-2
Thread: Thread-2, 4
Thread: Thread-1, 3
Thread: Thread-2, 3
Thread: Thread-1, 2
Thread: Thread-2, 2
Thread: Thread-1, 1
Thread: Thread-2, 1
Thread Thread-1 exiting.
Thread Thread-2 exiting.

通过扩展线程类创建线程

创建线程的第二种方法是使用以下两个简单步骤创建一个扩展Thread类的新类。这种方法在处理使用 Thread 类中的可用方法创建的多个线程时提供了更大的灵活性。

步骤1

您将需要重写Thread 类中可用的run()方法。该方法为线程提供了一个入口点，您将把完整的业务逻辑放入该方法中。以下是 run() 方法的简单语法 -

public void run( )

第2步

一旦创建了Thread对象，就可以通过调用start()方法来启动它，该方法会调用run()方法。以下是 start() 方法的简单语法 -

void start( );

例子

这是前面的程序重写以扩展线程 -

class ThreadDemo extends Thread {
   private Thread t;
   private String threadName;
   
   ThreadDemo( String name) {
      threadName = name;
      System.out.println("Creating " +  threadName );
   }
   
   public void run() {
      System.out.println("Running " +  threadName );
      try {
         for(int i = 4; i > 0; i--) {
            System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i);
            // Let the thread sleep for a while.
            Thread.sleep(50);
         }
      } catch (InterruptedException e) {
         System.out.println("Thread " +  threadName + " interrupted.");
      }
      System.out.println("Thread " +  threadName + " exiting.");
   }
   
   public void start () {
      System.out.println("Starting " +  threadName );
      if (t == null) {
         t = new Thread (this, threadName);
         t.start ();
      }
   }
}

public class TestThread {

   public static void main(String args[]) {
      ThreadDemo T1 = new ThreadDemo( "Thread-1");
      T1.start();
      
      ThreadDemo T2 = new ThreadDemo( "Thread-2");
      T2.start();
   }   
}

输出

Creating Thread-1
Starting Thread-1
Creating Thread-2
Starting Thread-2
Running Thread-1
Thread: Thread-1, 4
Running Thread-2
Thread: Thread-2, 4
Thread: Thread-1, 3
Thread: Thread-2, 3
Thread: Thread-1, 2
Thread: Thread-2, 2
Thread: Thread-1, 1
Thread: Thread-2, 1
Thread Thread-1 exiting.
Thread Thread-2 exiting.

线程方法

以下是 Thread 类中可用的重要方法的列表。

先生。 方法及说明
1

公共无效开始（）

在单独的执行路径中启动线程，然后调用该 Thread 对象的 run() 方法。
2

公共无效运行（）

如果此 Thread 对象是使用单独的 Runnable 目标实例化的，则会在该 Runnable 对象上调用 run() 方法。
3

公共最终无效setName（字符串名称）

更改 Thread 对象的名称。还有一个 getName() 方法用于检索名称。
4

公共最终无效setPriority（int优先级）

设置此 Thread 对象的优先级。可能的值在 1 到 10 之间。
5

公共最终无效setDaemon（布尔值）

参数 true 表示该线程为守护线程。
6

公共最终无效连接（长毫秒）

当前线程在第二个线程上调用此方法，导致当前线程阻塞，直到第二个线程终止或经过指定的毫秒数。
7

公共无效中断（）

中断此线程，使其在因任何原因被阻止时继续执行。
8

公共最终布尔值 isAlive()

如果线程处于活动状态（即线程启动之后但运行完成之前的任何时间），则返回 true。

前面的方法是在特定的 Thread 对象上调用的。Thread 类中的以下方法是静态的。调用静态方法之一在当前运行的线程上执行操作。

先生。 方法及说明
1

公共静态无效产量（）

导致当前正在运行的线程让位于等待调度的任何其他具有相同优先级的线程。
2

公共静态无效睡眠（长毫秒）

导致当前正在运行的线程阻塞至少指定的毫秒数。
3

公共静态布尔持有锁（对象x）

如果当前线程持有给定对象的锁，则返回 true。
4

公共静态线程当前线程（）

返回对当前正在运行的线程的引用，该线程是调用此方法的线程。
5

公共静态无效转储堆栈（）

打印当前运行线程的堆栈跟踪，这在调试多线程应用程序时很有用。

例子

以下 ThreadClassDemo 程序演示了 Thread 类的其中一些方法。考虑一个实现Runnable 的DisplayMessage类-

// File Name : DisplayMessage.java
// Create a thread to implement Runnable

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

以下是扩展 Thread 类的另一个类 -

// File Name : GuessANumber.java
// Create a thread to extentd Thread

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.**");
   }
}

以下是主程序，它使用了上面定义的类 -

// File Name : 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(bye);
      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...");
   }
}
class DisplayMessage implements Runnable {
   private String message;
   
   public DisplayMessage(String message) {
      this.message = message;
   }
   
   public void run() {
      while(true) {
         System.out.println(message);
      }
   }
}
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.**");
   }
}

输出

Starting hello thread...
Starting goodbye thread...
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Goodbye
Goodbye
Goodbye
Goodbye
Goodbye
.......

主要 Java 多线程概念

在使用 Java 进行多线程编程时，您需要非常方便地掌握以下概念 -