JAVA多线程并发（一）-- JAVA线程简介

一、JAVA线程实现/创建方式

在Java中，线程的创建与实现主要有三种方式：继承Thread类、实现Runnable接口以及使用Callable接口配合FutureTask和ExecutorService。下面将分别介绍这三种方式，并通过实际案例代码进行演示。

1. 继承Thread类

Thread类本质上是实现了Runnable接口的一个实例，代表一个线程的实例。启动线程的唯一方法就是通过Thread类的start()实例方法。start()方法是一个native方法，它将启动一个新线程，并执行run()方法。

public class MyThread extends Thread {public void run() {System.out.println("MyThread.run()");}
}
MyThread myThread1 = new MyThread();
myThread1.start();

2. 实现Runnable接口

实现Runnable接口并重写其run()方法，然后将该对象作为参数传递给Thread类的构造方法，也可以创建并启动一个线程。这种方式更加灵活，因为Java不支持多继承，但可以实现多个接口。

public class MyRunnable implements Runnable {  @Override  public void run() {  for (int i = 0; i < 5; i++) {  System.out.println("MyRunnable is running: " + i);  try {  Thread.sleep(1000); // 模拟耗时操作  } catch (InterruptedException e) {  e.printStackTrace();  }  }  }  public static void main(String[] args) {  Thread thread = new Thread(new MyRunnable());  thread.start(); // 启动线程  // 主线程代码与上面案例相同  }  
}

3. 使用Callable接口配合FutureTask和ExecutorService

这种方式可以实现有返回值的线程，并且可以处理异常。

  • Callable接口类似于Runnable接口，但call()方法可以有返回值并且可以抛出异常；
  • FutureTask是Callable接口的实现类，ExecutorService可以管理线程的启动、执行和关闭。
import java.util.concurrent.*;  public class MyCallable implements Callable<Integer> {  @Override  public Integer call() throws Exception {  int sum = 0;  for (int i = 0; i <= 100; i++) {  sum += i;  Thread.sleep(10); // 模拟耗时操作  }  return sum;  }  public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {  ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();  Future<Integer> future = executorService.submit(new MyCallable());  // 主线程可以继续执行其他任务  // 当需要获取子线程的计算结果时  Integer result = future.get(); // get()方法会阻塞，直到子线程执行完毕并返回结果  System.out.println("Result from MyCallable: " + result);  executorService.shutdown(); // 关闭线程池  }  
}

以上三种方式各有优缺点，可以根据具体需求选择合适的方式来创建和管理线程。在实际应用中，通常会选择使用线程池（如ExecutorService）来管理线程，以提高系统的性能和稳定性。

二、JAVA 线程池 ExecutorService

Java里面线程池的顶级接口是Executor，但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是ExecutorService。

在这里插入图片描述

三、4种线程池

1. newFixedThreadPool：固定大小的线程池。

  • 特点：可以控制最大并发数，即线程池中的线程数量是固定的。
  • 使用场景：适用于需要控制并发数，且任务数量相对稳定的场景。
  • 示例：
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(60);

2. newCachedThreadPool：可缓存的线程池。

  • 特点：线程池大小不受限，可以根据需要动态地创建和销毁线程。如果线程池中的线程空闲时间超过指定时间，则会被销毁；如果线程池中的线程不足，则会创建新的线程。
  • 使用场景：适用于执行大量短时间异步任务的情况，可以减少因创建和销毁线程所带来的开销。
  • 示例：
ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

3. newScheduledThreadPool：定时和周期执行任务的线程池。

  • 特点：支持定时及周期性任务执行。
  • 使用场景：适用于需要定时或周期性执行任务的场景，如定时发送邮件、定时检查数据库等。
  • 示例：
// 创建一个固定大小的ScheduledExecutorService线程池，大小为3  ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3);  // 延迟3秒后执行一次任务  scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {  @Override  public void run() {  System.out.println("延迟三秒");  }  }, 3, TimeUnit.SECONDS);  // 初始延迟1秒后，每三秒执行一次任务  scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {  @Override  public void run() {  System.out.println("延迟1秒后每三秒执行一次");  }  }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);  // 注意：通常在实际应用中，您可能需要保持对ScheduledExecutorService的引用，  // 并在不再需要时调用shutdown()或shutdownNow()来关闭线程池。  // 例如：  // scheduledThreadPool.shutdown(); // 当不再需要线程池时调用

4. newSingleThreadExecutor：单线程化的线程池。

  • 特点：只有一个线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序（FIFO，先进先出）执行。

这个线程池可以在线程死后（或发生异常时）重新启动一个线程来替代原来的线程继续执行下去。

  • 使用场景：适用于需要保证任务顺序执行的场景，如数据导入、日志处理等。
  • 示例：
ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

四、JAVA 线程生命周期(状态)

在Java中，线程的生命周期可以描述为一系列的状态转换。线程的状态是由线程类（java.lang.Thread）中的枚举类型Thread.State来定义的。以下是线程可能经历的主要状态：

1. NEW（新建）：

  • 当程序使用new关键字创建了一个线程之后，该线程就处于新建状态，此时仅由JVM为其分配内存，并初始化其成员变量的值；
  • 此时，线程还没有开始执行。可以通过调用线程的start()方法使其进入就绪状态。

2. RUNNABLE（就绪状态）：

  • 当线程调用start()方法后，它进入RUNNABLE状态。
  • 线程调度器负责将处于RUNNABLE状态的线程转换为运行状态，并分配CPU时间片给它执行。
  • 如果线程在run()方法中调用了一个阻塞的I/O操作，或者调用了sleep(), wait(), join()等使线程暂停的方法，线程将不会立即执行。但是，从线程状态的角度看，它仍然处于RUNNABLE状态。

3.运行状态（RUNNING）：

如果处于就绪状态的线程获得了CPU，开始执行run()方法的线程执行体，则该线程处于运行状态。

4. BLOCKED（阻塞）：

阻塞状态是指线程因为某种原因放弃了cpu 使用权，也即让出了cpu timeslice，暂时停止运行。直到线程进入可运行(runnable)状态，才有机会再次获得cpu timeslice 转到运行(running)状态。

阻塞的情况分三种：

  • 等待阻塞（o.wait->等待对列）： 运行(running)的线程执行o.wait()方法，JVM会把该线程放入等待队列(waitting queue)中。
  • 同步阻塞(lock->锁池) ：运行(running)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(lock pool)中。
  • 其他阻塞(sleep/join) ：运行(running)的线程执行Thread.sleep(long ms)或t.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，线程重新转入可运行(runnable)状态。

5.线程死亡（DEAD）：

线程会以下面三种方式结束，结束后就是死亡状态。

  1. 正常结束
    run()或call()方法执行完成，线程正常结束。

  2. 异常结束
    线程抛出一个未捕获的Exception或Error。

  3. 调用stop
    直接调用该线程的stop()方法来结束该线程—该方法通常容易导致死锁，不推荐使用。

在这里插入图片描述

五、Java 线程方法

线程在Java中的常用方法主要包括以下几种：

  • start()：
    启动线程，使线程进入就绪状态（Runnable），等待获取CPU的执行权。当线程对象调用此方法时，Java虚拟机调用该线程的run()方法。
  • run()：
    线程在被调度时执行的操作。通常我们会在自己的线程类中重写此方法，包含线程需要执行的任务。
  • sleep(long millis)：
    使当前线程（即调用该方法的线程）暂停执行一段时间（以毫秒为单位），让其他线程有机会继续执行。但此方法不会释放对象锁。调用此方法时需要处理InterruptedException。
  • yield()：
    暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。但具体哪个线程会执行是取决于操作系统的线程调度器的。此方法只能让同优先级的线程有执行的机会。
  • join()：
    在线程A中调用线程B的join()方法，则线程A会等待线程B执行完毕后，再继续执行。这常常用于确保某些线程（如后台工作线程）在其他线程（如主线程）之前结束。
  • interrupt()：
    中断线程。线程的中断并不是强制停止线程，而是设置一个中断状态。线程需要自行检查该状态，并据此决定是否停止执行。
  • isInterrupted()：
    检测当前线程是否已经中断。
  • isAlive()：
    测试线程是否处于活动状态。当线程启动后、尚未终止之前，即处于活动状态。
  • currentThread()：
    返回对当前正在执行的线程对象的引用。
  • wait()、notify()、notifyAll()：
    这三个方法都必须在同步方法或同步代码块中使用，因为它们是Java对象锁的一部分。
    wait()会使当前线程等待，直到其他线程调用此对象的notify()方法或notifyAll()方法；
    notify()会唤醒在此对象监视器上等待的单个线程；
    notifyAll()会唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。

需要注意的是，虽然suspend()和resume()这两个方法也曾用于控制线程的执行，但它们因为容易导致死锁，已经被废弃，不再推荐使用。

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