java多线程

扩展java.lang.Thread类

程序启动运行main时候，java虚拟机启动一个进程，主线程main在main()调用时候被创建。

注意：start()方法的调用后并不是立即执行多线程代码，而是使得该线程变为可运行态（Runnable），什么时候运行是由操作系统决定的。

从程序运行的结果可以发现，多线程程序是乱序执行。因此，只有乱序执行的代码才有必要设计为多线程。

Thread.sleep()方法调用目的是不让当前线程独自霸占该进程所获取的CPU资源，以留出一定时间给其他线程执行的机会。
实际上所有的多线程代码执行顺序都是不确定的，每次执行的结果都是随机的。

但是start方法重复调用的话，会出现java.lang.IllegalThreadStateException异常。

实现java.lang.Runnable接口

Thread类通过实现Runnable接口，使得该类有了多线程类的特征。run（）方法是多线程程序的一个约定。所有的多线程代码都在run方法里面。

Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。

在启动的多线程的时候，需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象，然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。

实际上所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此，不管是扩展Thread类还是实现Runnable接口来实现多线程，最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的，熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。

Thread和Runnable的区别

如果一个类继承Thread，则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话，则很容易的实现资源共享。

总结：

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：

适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源
可以避免java中的单继承的限制
增加程序的健壮性，代码可以被多个线程共享，代码和数据独立
线程池只能放入实现Runable或callable类线程，不能直接放入继承Thread的类

main方法其实也是一个线程。在java中所以的线程都是同时启动的，至于什么时候，哪个先执行，完全看谁先得到CPU的资源。

在java中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程，一个是垃圾收集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个JVM，每一个JVM实现在就是在操作系统中启动了一个进程。

线程状态转换

1、新建状态（New）：新创建了一个线程对象。

2、就绪状态（Runnable）：线程对象创建后，其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，变得可运行，等待获取CPU的使用权。

3、运行状态（Running）：就绪状态的线程获取了CPU，执行程序代码。

4、阻塞状态（Blocked）：阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种：
（一）、等待阻塞：运行的线程执行wait()方法，JVM会把该线程放入等待池中。(wait会释放持有的锁)
（二）、同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池中。
（三）、其他阻塞：运行的线程执行sleep()或join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、 join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。（注意,sleep是不会释放持有的锁）

5、死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

线程调度

**1、调整线程优先级：**Java线程有优先级，优先级高的线程会获得较多的运行机会。

Java线程的优先级用整数表示，取值范围是1~10，Thread类有以下三个静态常量：

static int MAX_PRIORITY
          线程可以具有的最高优先级，取值为10。
static int MIN_PRIORITY
          线程可以具有的最低优先级，取值为1。
static int NORM_PRIORITY
          分配给线程的默认优先级，取值为5。

Thread类的setPriority()和getPriority()方法分别用来设置和获取线程的优先级。
每个线程都有默认的优先级。主线程的默认优先级为Thread.NORM_PRIORITY。
线程的优先级有继承关系，比如A线程中创建了B线程，那么B将和A具有相同的优先级。
JVM提供了10个线程优先级，但与常见的操作系统都不能很好的映射。如果希望程序能移植到各个操作系统中，应该仅仅使用Threa类有以下三个静态常量作为优先级，这样能保证同样的优先级采用了同样的调度方式。

**2、线程睡眠：**Thread.sleep(long millis)方法，使线程转到阻塞状态。millis参数设定睡眠的时间，以毫秒为单位。当睡眠结束后，就转为就绪（Runnable）状态。sleep()平台移植性好。

**3、线程等待：**Object类中的wait()方法，导致当前的线程等待，直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 唤醒方法。这个两个唤醒方法也是Object类中的方法，行为等价于调用 wait(0) 一样。

**4、线程让步：**Thread.yield() 方法，暂停当前正在执行的线程对象，把执行机会让给相同或者更高优先级的线程。

**5、线程加入：**join()方法，等待其他线程终止。在当前线程中调用另一个线程的join()方法，则当前线程转入阻塞状态，直到另一个进程运行结束，当前线程再由阻塞转为就绪状态。

**6、线程唤醒：**Object类中的notify()方法，唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。如果所有线程都在此对象上等待，则会选择唤醒其中一个线程。选择是任意性的，并在对实现做出决定时发生。线程通过调用其中一个 wait 方法，在对象的监视器上等待。直到当前的线程放弃此对象上的锁定，才能继续执行被唤醒的线程。被唤醒的线程将以常规方式与在该对象上主动同步的其他所有线程进行竞争；例如，唤醒的线程在作为锁定此对象的下一个线程方面没有可靠的特权或劣势。类似的方法还有一个notifyAll()，唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。

常用函数说明

sleep(1000)：在run方法内，让当前正在执行的线程休息一秒
t.join()：等待t线程执行完毕，join()的作用是：“等待该线程终止”，
this.yield()：在run方法内，暂停正在执行的线程对象，并执行其他线程。yield()的作用就是从运行状态转化为可运行状态，以允许具有相同优先级的线程获取得到运行机会，自己也有可能再次被选中运行。
t.setPriority(): 更改线程的优先级
interrupt(): 并不是是中断某个线程！它只是线线程发送一个中断信号，让线程在无限等待时（如死锁时）能抛出中断信号，从而结束线程，但是如果你吃掉了这个异常，那么这个线程还是不会中断的！
wait()：Obj.wait()，与Obj.notify()必须要与synchronized(Obj)一起使用，也就是wait,与notify是针对已经获取了Obj锁进行操作，从语法角度来说就是Obj.wait(),Obj.notify必须在synchronized(Obj){…}语句块内。

常见线程名词解释

主线程：JVM调用程序main()所产生的线程。
当前线程：这个是容易混淆的概念。一般指通过Thread.currentThread()来获取的进程。
后台线程：指为其他线程提供服务的线程，也称为守护线程。JVM的垃圾回收线程就是一个后台线程。用户线程和守护线程的区别在于，是否等待主线程依赖于主线程结束而结束
前台线程：是指接受后台线程服务的线程，其实前台后台线程是联系在一起，就像傀儡和幕后操纵者一样的关系。傀儡是前台线程、幕后操纵者是后台线程。由前台线程创建的线程默认也是前台线程。可以通过isDaemon()和setDaemon()方法来判断和设置一个线程是否为后台线程。

线程类的一些常用方法：

sleep(): 强迫一个线程睡眠Ｎ毫秒。
isAlive(): 判断一个线程是否存活。
join(): 等待线程终止。
activeCount(): 程序中活跃的线程数。
enumerate(): 枚举程序中的线程。
currentThread(): 得到当前线程。
isDaemon(): 一个线程是否为守护线程。
setDaemon(): 设置一个线程为守护线程。(用户线程和守护线程的区别在于，是否等待主线程依赖于主线程结束而结束)
setName(): 为线程设置一个名称。
wait(): 强迫一个线程等待。
notify(): 通知一个线程继续运行。
setPriority(): 设置一个线程的优先级。

线程同步

synchronized关键字的作用域有二种：

是某个对象实例内，synchronized aMethod(){}可以防止多个线程同时访问这个对象的synchronized方法（如果一个对象有多个synchronized方法，**只要一个线程访问了其中的一个synchronized方法，其它线程不能同时访问这个对象中任何一个synchronized方法）。**这时，不同的对象实例的synchronized方法是不相干扰的。也就是说，其它线程照样可以同时访问相同类的另一个对象实例中的synchronized方法；
是某个类的范围，synchronized static aStaticMethod{}防止多个线程同时访问这个类中的synchronized static 方法。它可以对类的所有对象实例起作用。

除了方法前用synchronized关键字，synchronized关键字还可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。用法是: synchronized(this){/区块/}，它的作用域是当前对象；

**synchronized关键字是不能继承的，**也就是说，基类的方法synchronized f(){} 在继承类中并不自动是synchronized f(){}，而是变成了f(){}。继承类需要你显式的指定它的某个方法为synchronized方法；

线程使用情况

同步方法：
```
Public synchronized void methodAAA()
{
    //….
}

public void methodAAA()
{
	synchronized (this) 
	{
       //…..
	}
}
```
这也就是同步方法，那这时synchronized锁定的是哪个对象呢？它锁定的是调用这个同步方法对象。也就是说，当一个对象在不同的线程中执行这个同步方法时，它们之间会形成互斥，达到同步的效果。但是这个对象所属的Class所产生的另一对象却可以任意调用这个被加了synchronized关键字的方法。
而this指的是什么呢？它指的就是调用这个方法的对象。两个代码作用相同。
同步块：
```
public void method3(Object ob)
{
    synchronized(ob)
    {
        //…..
    }
}
class Foo implements Runnable
{
    private byte[] lock = new byte[0];  // 特殊的instance变量
    Public void methodA()
        {
               synchronized(lock) { 
                   //… 
               
               }
        }
    //…..
}
```
这时，锁就是ob这个对象，谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。当有一个明确的对象作为锁时，就可以这样写程序，但当没有明确的对象作为锁，只是想让一段代码同步时，可以创建一个特殊的instance变量（它得是一个对象）来充当锁，而零长度的byte数组对象创建起来将比任何对象都经济――查看编译后的字节码：生成零长度的byte[]对s象只需3条操作码，而Object lock = new Object()则需要7行操作码。
将synchronized作用于static 函数
```
Class Foo
{
	public synchronized static void methodAAA()   // 同步的static 函数
    {
        //….
    }
    public void methodBBB()
    {
     	synchronized(Foo.class)   //  class literal(类名称字面常量)
    }
}
```
代码中的methodBBB()方法是把class literal作为锁的情况，它和同步的static函数产生的效果是一样的，取得的锁很特别，是当前调用这个方法的对象所属的类（Class，而不再是由这个Class产生的某个具体对象了）。

线程同步总结

线程同步的目的是为了避免多个线程访问一个资源时对资源的破坏。
线程同步方法是通过锁来实现，每个对象都有且仅有一个锁，这个锁与一个特定的对象关联，线程一旦获取了对象锁，其他访问该对象的线程就无法再访问该对象的其他非同步方法
对于静态同步方法，锁是针对这个类的，锁对象是该类的Class对象。静态和非静态方法的锁互不干预。一个线程获得锁，当在一个同步方法中访问另外对象上的同步方法时，会获取这两个对象锁。
对于同步，要时刻清醒在哪个对象上同步，这是关键。
编写线程安全的类，需要时刻注意对多个线程竞争访问资源的逻辑和安全做出正确的判断，对“原子”操作做出分析，并保证原子操作期间别的线程无法访问竞争资源。
当多个线程等待一个对象锁时，没有获取到锁的线程将发生阻塞。
死锁是线程间相互等待锁锁造成的，在实际中发生的概率非常的小。真让你写个死锁程序，不一定好使，呵呵。但是，一旦程序发生死锁，程序将死掉。

线程数据传递

通过构造方法传递数据

在创建线程时，必须要建立一个Thread类的或其子类的实例。因此，我们不难想到在调用start方法之前通过线程类的构造方法将数据传入线程。并将传入的数据使用类变量保存起来，以便线程使用(其实就是在run方法中使用)。
```
 
package mythread; 
public class MyThread1 extends Thread 
{ 
    private String name; 
    public MyThread1(String name) 
    { 
        this.name = name; 
    } 
    public void run() 
    { 
        System.out.println("hello " + name); 
    } 
    public static void main(String[] args) 
    { 
    	Thread thread = new MyThread1("world"); 
    	thread.start(); 
    } 
} 
```
由于这种方法是在创建线程对象的同时传递数据的，因此，在线程运行之前这些数据就就已经到位了，这样就不会造成数据在线程运行后才传入的现象。如果要传递更复杂的数据，可以使用集合、类等数据结构。使用构造方法来传递数据虽然比较安全，但如果要传递的数据比较多时，就会造成很多不便。由于Java没有默认参数，要想实现类似默认参数的效果，就得使用重载，这样不但使构造方法本身过于复杂，又会使构造方法在数量上大增。因此，要想避免这种情况，就得通过类方法或类变量来传递数据。

通过变量和方法传递数据

 
package mythread; 
public class MyThread2 implements Runnable 
{ 
    private String name; 
    public void setName(String name) 
    { 
    	this.name = name; 
    } 
    public void run() 
    { 
    	System.out.println("hello " + name); 
    } 
    public static void main(String[] args) 
    { 
    	MyThread2 myThread = new MyThread2(); 
    	myThread.setName("world"); 
    	Thread thread = new Thread(myThread); 
    	thread.start(); 
    } 
}

通过回调函数传递数据

上面两种方法都是main方法中主动将数据传入线程类的。这对于线程来说，是被动接收这些数据的。然而，在有些应用中需要在线程运行的过程中动态地获取数据，如在下面代码的run方法中产生了3个随机数，然后通过Work类的process方法求这三个随机数的和，并通过Data类的value将结果返回。从这个例子可以看出，在返回value之前，必须要得到三个随机数。也就是说，这个 value是无法事先就传入线程类的。

package mythread;

class Data 
{ 
	public int value = 0; 
} 

class Work 
{ 
	public void process(Data data, Integer numbers) 
	{ 
		for (int n : numbers) 
		{ 
			data.value += n; 
		} 
	} 
} 

public class MyThread3 extends Thread 
{ 
	private Work work; 
	public MyThread3(Work work)
	{ 
		this.work = work; 
	} 
    
    public void run() 
    { 
        java.util.Random random = new java.util.Random(); 
        Data data = new Data(); 
        int n1 = random.nextInt(1000); 
        int n2 = random.nextInt(2000); 
        int n3 = random.nextInt(3000); 
        work.process(data, n1, n2, n3); // 使用回调函数 
        System.out.println(String.valueOf(n1) + "+" + String.valueOf(n2) + "+" 
        + String.valueOf(n3) + "=" + data.value); 
    } 
    
    public static void main(String[] args) 
    { 
        Thread thread = new MyThread3(new Work()); 
        thread.start(); 
    } 
}