JAVA多线程并发

最新推荐文章于 2025-04-28 11:06:59 发布

可乐Y

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分类专栏： java JAVA多线程文章标签： JAVA多线程

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JAVA多线程

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本文介绍了JAVA多线程的概念，包括线程的生命周期、创建方式、四种线程池类型和终止线程的方法。详细讨论了线程状态的转换，如新建、就绪、运行、阻塞和死亡。此外，还探讨了线程实现的几种方式，如继承Thread类、实现Runnable接口、使用ExecutorService、Callable和Future，以及基于线程池的方式。文章还对比了sleep()与wait()的区别，以及start()与run()的不同。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

简介

1.什么是多线程？

说起多线程，那么就不得不说什么是线程，而说起线程，又不得不说什么是进程。
进程可以简单的理解为一个可以独立运行的程序单位。它是线程的集合，进程就是有一个或多个线程构成的，每一个线程都是进程中的一条执行路径。
那么多线程就很容易理解：多线程就是指一个进程中同时有多个执行路径（线程）正在执行。

2.为什么要是用多线程（优缺点）？

优点：

在一个程序中，有很多的操作是非常耗时的，如数据库读写操作，IO操作等，如果使用单线程，那么程序就必须等待这些操作执行完成之后才能执行其他操作。使用多线程，可以在将耗时任务放在后台继续执行的同时，同时执行其他操作。
可以提高程序的效率。
在一些等待的任务上，如用户输入，文件读取等，多线程就非常有用了。

缺点：

使用太多线程，是很耗系统资源，因为线程需要开辟内存。更多线程需要更多内存。
影响系统性能，因为操作系统需要在线程之间来回切换。
需要考虑线程操作对程序的影响，如线程挂起，中止等操作对程序的影响。
线程使用不当会发生很多问题。

P.s. 多线程是异步的，但这不代表多线程真的是几个线程是在同时进行，实际上是系统不断地在各个线程之间来回的切换（因为系统切换的速度非常的快，所以给我们在同时运行的错觉）。

一，线程生命周期(状态)

当线程被创建并启动以后，它既不是一启动就进入了执行状态，也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中，它要经过新建(New)、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞(Blocked)和死亡(Dead)5种状态。尤其是当线程启动以后，它不可能一直"霸占"着CPU独自运行，所以CPU需要在多条线程之间切换，于是线程状态也会多次在运行、阻塞之间切换。

1.新建状态（NEW）

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。

2.就绪状态（RUNNABLE）

当线程对象调用了start()方法之后，该线程处于就绪状态。Java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器，等待调度运行。

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.阻塞状态（BLOCKED）

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。

正常结束： run()或call()方法执行完成，线程正常结束。
异常结束：线程抛出一个未捕获的Exception或Error。
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。

二，JAVA线程实现/创建方式

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。

package com.yl.test;

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread.run()");
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread1 = new MyThread();
        myThread1.start();
    }
}

2.实现Runnable接口

如果自己的类已经extends另一个类，就无法直接extends Thread，此时，可以实现一个Runnable接口。

package com.yl.test;

public class MyThread extends OtherClass implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyThread.run()");
    }

    public static void main(String[] args) {
        //启动MyThread，需要首先实例化一个Thread，并传入自己的MyThread实例：
        MyThread myThread = new MyThread();
        Thread thread = new Thread(myThread);
        thread.start();
    }
}

原因是：当传入一个Runnable target参数给Thread后，Thread的run()方法就会调用target.run()，参考JDK源代码：

public void run() {
    if (target != null) {
        target.run();
    }
}

3.ExecutorService、Callable<Class>、Future有返回值线程

有返回值的任务必须实现Callable接口，类似的，无返回值的任务必须Runnable接口。执行Callable任务后，可以获取一个Future的对象，在该对象上调用get就可以获取到Callable任务返回的Object了，再结合线程池接口ExecutorService就可以实现传说中有返回结果的多线程了。

package com.yl.test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Date;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;
@SuppressWarnings("unchecked")
public class MyThread {
    /**
     * 有返回值的线程
     */
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException,InterruptedException {
        System.out.println("----程序开始运行----");
        Date startDate = new Date();

        int taskSize = 5;
        // 创建一个线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);
        // 创建多个有返回值的任务
        List<Future> list = new ArrayList<Future>();
        for (int i = 0; i < taskSize; i++) {
            Callable c = new MyCallable(i + " ");
            // 执行任务并获取Future对象
            Future f = pool.submit(c);
            list.add(f);
        }
        // 关闭线程池
        pool.shutdown();

        // 获取所有并发任务的运行结果
        for (Future f : list) {
            // 从Future对象上获取任务的返回值，并输出到控制台
            System.out.println(">>>" + f.get().toString());
        }

        Date endDate = new Date();
        System.out.println("----程序结束运行----，程序运行时间【" + (endDate.getTime() - startDate.getTime()) + "毫秒】");
    }
}

class MyCallable implements Callable<Object> {
    private String taskNum;

    MyCallable(String taskNum) {
        this.taskNum = taskNum;
    }

    @Override
    public Object call() throws Exception {
        System.out.println(">>>" + taskNum + "任务启动");
        Date startDate = new Date();
        Thread.sleep(1000);
        Date endDate = new Date();
        long time = endDate.getTime() - startDate.getTime();
        System.out.println(">>>" + taskNum + "任务终止");
        return taskNum + "任务返回运行结果,当前任务时间【" + time + "毫秒】";
    }
}

4.基于线程池的方式

线程和数据库连接这些资源都是非常宝贵的资源。那么每次需要的时候创建，不需要的时候销毁，是非常浪费资源的。那么我们就可以使用缓存的策略，也就是使用线程池。

package com.yl.test;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

@SuppressWarnings("unchecked")
public class MyThread {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建线程池
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
        while(true) {
            threadPool.execute(new Runnable() {
                // 提交多个线程任务，并执行
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running ..");
                    try {
                        Thread.sleep(3000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }
}

三，4种线程池

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。

1.newCachedThreadPool

创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
线程池为无限大，当执行第二个任务时第一个任务已经完成，会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程。

package com.yl.test;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

@SuppressWarnings("unchecked")
public class MyThread {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int index = i;
            try {
                Thread.sleep(index * 1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(index);
                }
            });
        }
    }
}

2.newFixedThreadPool

创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。

package com.yl.test;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

@SuppressWarnings("unchecked")
public class MyThread {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int index = i;
            fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        System.out.println(index);
                        Thread.sleep(2000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }
}

P.s. 因为线程池大小为3，每个任务输出index后sleep 2秒，所以每两秒打印3个数字。

3.newScheduledThreadPool

创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。

package com.yl.test;

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

@SuppressWarnings("unchecked")
public class MyThread {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
        scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("延迟3秒执行");
            }
        }, 3, TimeUnit.SECONDS);
        scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("延迟1秒后每3秒执行一次");
            }
        }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);
    }
}

4.newSingleThreadExecutor

创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

package com.yl.test;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

@SuppressWarnings("unchecked")
public class MyThread {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int index = i;
            singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    try {
                        System.out.println(index);
                        Thread.sleep(2000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }
}

P.s.结果依次输出，相当于顺序执行各个任务。现行大多数GUI程序都是单线程的。Android中单线程可用于数据库操作，文件操作，应用批量安装，应用批量删除等不适合并发但可能IO阻塞性及影响UI线程响应的操作。

四，终止线程4种方式

1.正常运行结束

程序运行结束，线程自动结束。

2.使用退出标志退出线程

一般run()方法执行完，线程就会正常结束，然而，常常有些线程是伺服线程。它们需要长时间的运行，只有在外部某些条件满足的情况下，才能关闭这些线程。使用一个变量来控制循环，例如：最直接的方法就是设一个boolean类型的标志，并通过设置这个标志为true或false来控制while循环是否退出，代码示例：

public class ThreadSafe extends Thread {
    public volatile boolean exit = false;
    public void run() {
        while (!exit) {
            //do something
        }
    }
 }

定义了一个退出标志exit，当exit为true时，while循环退出，exit的默认值为false.在定义exit时，使用了一个Java关键字volatile，这个关键字的目的是使exit同步，也就是说在同一时刻只能由一个线程来修改exit的值。

3.Interrupt方法结束线程

使用interrupt()方法来中断线程有两种情况：

1. 线程处于阻塞状态：如使用了sleep,同步锁的wait,socket中的receiver,accept等方法时，会使线程处于阻塞状态。当调用线程的interrupt()方法时，会抛出InterruptException异常。阻塞中的那个方法抛出这个异常，通过代码捕获该异常，然后break跳出循环状态，从而让我们有机会结束这个线程的执行。通常很多人认为只要调用interrupt方法线程就会结束，实际上是错的，一定要先捕获InterruptedException异常之后通过break来跳出循环，才能正常结束run方法。

线程未处于阻塞状态：使用isInterrupted()判断线程的中断标志来退出循环。当使用interrupt()方法时，中断标志就会置true，和使用自定义的标志来控制循环是一样的道理。

public class ThreadSafe extends Thread {
    public void run() {
        while (!isInterrupted()){ //非阻塞过程中通过判断中断标志来退出
            try{
                Thread.sleep(5*1000);//阻塞过程捕获中断异常来退出
            }catch(InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
                break;//捕获到异常之后，执行break跳出循环
            }
        }
    }
}

4.stop方法终止线程（线程不安全）

程序中可以直接使用thread.stop()来强行终止线程，但是stop方法是很危险的，就象突然关闭计算机电源，而不是按正常程序关机一样，可能会产生不可预料的结果，不安全主要是：thread.stop()调用之后，创建子线程的线程就会抛出ThreadDeatherror的错误，并且会释放子线程所持有的所有锁。一般任何进行加锁的代码块，都是为了保护数据的一致性，如果在调用thread.stop()后导致了该线程所持有的所有锁的突然释放(不可控制)，那么被保护数据就有可能呈现不一致性，其他线程在使用这些被破坏的数据时，有可能导致一些很奇怪的应用程序错误。因此，并不推荐使用stop方法来终止线程。

sleep与wait 区别

对于sleep()方法，我们首先要知道该方法是属于Thread类中的。而wait()方法，则是属于Object类中的。
sleep()方法导致了程序暂停执行指定的时间，让出cpu该其他线程，但是他的监控状态依然保持者，当指定的时间到了又会自动恢复运行状态。
在调用sleep()方法的过程中，线程不会释放对象锁。
而当调用wait()方法的时候，线程会放弃对象锁，进入等待此对象的等待锁定池，只有针对此对象调用notify()方法后本线程才进入对象锁定池准备获取对象锁进入运行状态。

start与run区别

start（）方法来启动线程，真正实现了多线程运行。这时无需等待run方法体代码执行完毕，可以直接继续执行下面的代码。
通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程，这时此线程是处于就绪状态，并没有运行。
方法run()称为线程体，它包含了要执行的这个线程的内容，线程就进入了运行状态，开始运行run函数当中的代码。 Run方法运行结束，此线程终止。然后CPU再调度其它线程。

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