多线程与并发编程

多线程介绍

什么是程序？

程序（Program）是一个静态的概念，一般对应于操作系统中的一 个可执行文件。

什么是进程?

执行中的程序叫做进程(Process)，是一个动态的概念。其实进程就 是一个在内存中独立运行的程序空间 。

现代操作系统比如Mac OS X，Linux，Windows等，都是支持 “多任务”的操作系统，叫“多任务”呢？简单地说，就是操作系统 可以同时运行多个任务。打个比方，你一边在用逛淘宝，一边 在听音乐，一边在用微信聊天，这就是多任务，至少同时有3个 任务正在运行。还有很多任务悄悄地在后台同时运行着，只是 桌面上没有显示而已。

什么是线程？

线程（Thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包 含在进程之中，是进程中的实际运作单位。

有些进程还不止同时干一件事，比如微信，它可以同时进行打 字聊天，视频聊天，朋友圈等事情。在一个进程内部，要同时 干多件事，就需要同时运行多个“子任务”，我们把进程内的这些 “子任务”称为线程（Thread）。

进程、线程的区别

一个故事说明进程、线程的关系

乔布斯想开工厂生产手机，费劲力气，制作一条生产线，这个 生产线上有很多的器件以及材料。一条生产线就是一个进程。 只有生产线是不够的，所以找五个工人来进行生产，这个工人 能够利用这些材料最终一步步的将手机做出来，这五个工人就 是五个线程。

为了提高生产率，有两种办法：

1 一条生产线上多招些工人，一起来做手机，这样效率是成倍増长，即单进程多线程方式

2 多条生产线，每个生产线上多个工人，即多进程多线程

1 线程是程序执行的最小单位，而进程是操作系统分配资源的最小单位；

2 一个进程由一个或多个线程组成，线程是一个进程中代码的不同执行路线；

3 进程之间相互独立，但同一进程下的各个线程之间共享程序的内存空间(包括代码段、数据集、堆 等)及一些进程级的资源(如打开文件和信号)，某进程内的线程在其它进程不可见；

4 调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。

什么是并发

并发是指在一段时间内同时做多个事情。当有多个线程在运行时,如 果只有一个CPU,这种情况下计算机操作系统会采用并发技术实现并 发运行，具体做法是采用“ 时间片轮询算法”，在一个时间段的线程 代码运行时，其它线程处于就绪状。这种方式我们称之为并发。 (Concurrent)。

1 串行(serial)：一个CPU上，按顺序完成多个任务

2 并行(parallelism)：指的是任务数小于等于cpu核数，即任务真的是一起执行的

3 并发(concurrency)：一个CPU采用时间片管理方式，交替的处理多个任务。一般是是任务数多余 cpu核数，通过操作系统的各种任务调度算法，实现用多个任务“一起”执行（实际上总有一些任务 不在执行，因为切换任务的速度相当快，看上去一起执行而已）

线程和方法的执行特点

方法的执行特点

线程的执行特点

什么是主线程以及子线程

主线程

当Java程序启动时，一个线程会立刻运行，该线程通常叫做程序的 主线程（main thread），即main方法对应的线程，它是程序开始 时就执行的。 Java应用程序会有一个main方法，是作为某个类的方法出现的。当 程序启动时，该方法就会第一个自动的得到执行，并成为程序的主 线程。也就是说，main方法是一个应用的入口，也代表了这个应用 的主线程。JVM在执行main方法时,main方法会进入到栈内存,JVM 会通过操作系统开辟一条main方法通向cpu的执行路径,cpu就可以 通过这个路径来执行main方法,而这个路径有一个名字,叫main(主) 线程

主线程的特点

它是产生其他子线程的线程。 它不一定是最后完成执行的线程，子线程可能在它结束之后还在运 行。

子线程

在主线程中创建并启动的线程，一般称之为子线程。

线程的创建

通过继承Thread类实现多线程

继承Thread类实现多线程的步骤：

1 在Java中负责实现线程功能的类是java.lang.Thread 类。

此种方式的缺点：如果我们的类已经继承了一个类（如小程 序必须继承自 Applet 类），则无法再继承 Thread 类。

2 可以通过创建 Thread的实例来创建新的线程。

3 每个线程都是通过某个特定的Thread对象所对应的方法run( )来 完成其操作的，方法run( )称为线程体。

4 通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程。

通过继承Thread类实现多线程

public class TestThread extends Thread {
//自定义类继承Thread类
 //run()方法里是线程体
 public void run() {
   for (int i = 0; i < 10; i++) {
       System.out.println(this.getName() + ":" + i);//getName()方法是返回线程名称
    }
 }
 public static void main(String[] args) {
      TestThread thread1 = new TestThread();//创建线程对象
      thread1.start();//启动线程
      TestThread thread2 = new TestThread();
      thread2.start();
   }
}

通过Runnable接口实现多线程

在开发中，我们应用更多的是通过Runnable接口实现多线程。这种 方式克服了继承Thread类的缺点，即在实现Runnable接口的同时 还可以继承某个类。 从源码角度看，Thread类也是实现了Runnable接口。Runnable接 口的源码如下：

public interface Runnable {
     void run();
}

两种方式比较看，实现Runnable接口的方式要通用一些。

通过Runnable接口实现多线程

public class TestThread2 implements Runnable
{
    //自定义类实现Runnable接口；
    //run()方法里是线程体；
 public void run() {
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
    }
 }
 public static void main(String[] args) {
        //创建线程对象，把实现了Runnable接口的对象作为参数传入；
     Thread thread1 = new Thread(new TestThread2());
     thread1.start();//启动线程；
     Thread thread2 = new Thread(new TestThread2());
     thread2.start();
 }
}

线程的执行流程

线程状态和生命周期

一个线程对象在它的生命周期内，需要经历5个状态。

1 新生状态(New)

        用new关键字建立一个线程对象后，该线程对象就处于新生状 态。处于新生状态的线程有自己的内存空间，通过调用start方法 进入就绪状态。

2 就绪状态(Runnable)

      处于就绪状态的线程已经具备了运行条件，但是还没有被分配到 CPU，处于“线程就绪队列”，等待系统为其分配CPU。就绪状态 并不是执行状态，当系统选定一个等待执行的Thread对象后， 它就会进入执行状态。一旦获得CPU，线程就进入运行状态并自 动调用自己的run方法。有4种原因会导致线程进入就绪状态：

    2.1 新建线程：调用start()方法，进入就绪状态；

    2.2 阻塞线程：阻塞解除，进入就绪状态；

    2.3 运行线程：调用yield()方法，直接进入就绪状态；

    2.4 运行线程：JVM将CPU资源从本线程切换到其他线程。

3 运行状态(Running)

 在运行状态的线程执行自己run方法中的代码，直到调用其他方 法而终止或等待某资源而阻塞或完成任务而死亡。如果在给定的 时间片内没有执行结束，就会被系统给换下来回到就绪状态。也 可能由于某些“导致阻塞的事件”而进入阻塞状态。

4 阻塞状态(Blocked)

 阻塞指的是暂停一个线程的执行以等待某个条件发生（如某资源 就绪）。

 有4种原因会导致阻塞：

 4.1 执行sleep(int millsecond)方法，使当前线程休眠，进入阻塞状态。当指定的时间到了 后，线程进入就绪状态。

4.2 执行wait()方法，使当前线程进入阻塞状态。当使用nofity()方法唤醒这个线程后，它进 入就绪状态。

4.3 线程运行时，某个操作进入阻塞状态，比如执行IO流操作(read()/write()方法本身就是 阻塞的方法)。只有当引起该操作阻塞的原因消失后，线程进入就绪状态。

4.4 join()线程联合: 当某个线程等待另一个线程执行结束后，才能继续执行时，使用join()方 法。

5 死亡状态(Terminated)

死亡状态是线程生命周期中的最后一个阶段。线程死亡的原因有 两个。一个是正常运行的线程完成了它run()方法内的全部工 作； 另一个是线程被强制终止，如通过执行stop()或destroy()方 法来终止一个线程（注：stop()/destroy()方法已经被JDK废弃， 不推荐使用）。 当一个线程进入死亡状态以后，就不能再回到其它状态了。

线程的使用

终止线程的典型方式

终止线程我们一般不使用JDK提供的stop()/destroy()方法(它们本身 也被JDK废弃了)。通常的做法是提供一个boolean型的终止变量， 当这个变量置为false，则终止线程的运行。

终止线程的典型方法

public class StopThread implements Runnable
{
    private boolean flag = true;
   @Override
    public void run() {
       System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程开始");
            int i= 0;
            while(flag){              
       System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i++);
                try {
                    Thread.sleep(1000);
               } catch(InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
               }
           }
       System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程结束");
   }
    public void stop(){
        this.flag = false;
   }
    public static void main(String[]args)throws Exception {
        System.out.println("主线程开始");
        StopThread st = new StopThread();
        Thread t1 = new Thread(st);
        t1.start();
        System.in.read();
        st.stop();
        System.out.println("主线程结束");
   }
}