Java多线程

在java中要想实现多线程，有两种手段，一种是继承Thread类，另外一种是实现Runnable接口.

一、扩展java.lang.Thread类

这里继承Thread类的方法是比较常用的一种，如果说你只是想起一条线程。没有什么其它特殊的要求，那么可以使用Thread.（推荐使用Runnable，后头会说明为什么）。下面来看一个简单的实例

Thread类代表线程类，主要有两个方法：

• run()——包含线程运行时所执行的代码
• start()——用于启动线程

public class Machine extends Thread {

	private int i=0;
	public void run(){
	for( i=0;i<10;i++)
	{
		System.out.println(currentThread().getName()+":"+i);
		try{
			sleep(100);
		}catch(InterruptedException e)
		{
			throw new RuntimeException(e);
		}
	}
	}
}
public static void main(String[] args)  {
		Machine machine1=new Machine();
		Machine machine2=new Machine();
		machine1.start();
		machine2.start();
		machine1.run();
}
}

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。接着调用两个对象的start方法，另外两个线程也启动了，这样，整个应用就在多线程下运行。

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。

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。

同一个对象的start方法只能被执行一次， 但是start方法重复调用的话，会出现 java.lang.IllegalThreadStateException 异常。

二、实现java.lang.Runnable接口

public class Machine2 implements Runnable {
	private int i=0;
	@Override
	public void run(){
	for( i=0;i<10;i++)
	{
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
		try{
			Thread.sleep(100);
		}catch(InterruptedException e)
		{
			throw new RuntimeException(e);
		}
	}
	}
}
public static void main(String[] args)  {		
		Machine2 machine=new Machine2();
		Thread t1=new Thread(machine);
		Thread t2=new Thread(machine);
		t1.start();
		t2.start();
}
}

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。

实现java.util.concurrent.Callable接口

还有一种可以实现Callable接口，其最大的特点就是 有 返回值，由于run()方法是void类型，没有返回值，而实现Callable接口可以返回线程的执行结果

import java.util.concurrent.Callable;
/** 
* @author xiaohao 	
* @date 创建时间：Aug 3, 2017 4:05:40 PM 
* @version 1.0   
*/
public class Machine_Callable implements Callable <String>{
	@Override
	public String call() throws Exception {
		// TODO Auto-generated method stub
		return "票卖完了！！！";	}	
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
                FutureTask <String> task=new FutureTask <String> (new Machine_Callable());
		new Thread(task).start();
		System.out.println(task.get());
	}

三、Thread和Runnable的区别

T hr ead类其实也实现Runnable接口

public class Thread implements Runnable {
      ...
}

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。

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：

1）适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源

2）可以避免java中的单继承的限制

3）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

4）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

注意：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实习在就是在操作系统中启动了一个进程。

四、线程状态转换

下面的这个图非常重要！你如果看懂了这个图，那么对于多线程的理解将会更加深刻！

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。

五、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Thread 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。

  注意：Thread中 suspend() 和 resume() 两个方法在 JDK1.5中已经废除 ，不再介绍。因为有死锁倾向。

sleep()和yield()的区别
        sleep()和yield()的区别:sleep()使当前线程进入停滞状态，所以执行sleep()的线程在指定的时间内肯定不会被执行；yield()只是使当前线程重新回到可执行状态，所以执行yield()的线程有可能在进入到可执行状态后马上又被执行。
        sleep 方法使当前运行中的线程睡眼一段时间，进入不可运行状态，这段时间的长短是由程序设定的，yield 方法使当前线程让出CPU 占有权，但让出的时间是不可设定的。实际上，yield()方法对应了如下操作：先检测当前是否有相同优先级的线程处于同可运行状态，如有，则把 CPU的占有权交给此线程，否则，继续运行原来的线程。所以yield()方法称为“退让”，它把运行机会让给了同等优先级的其他线程
       另外，sleep 方法 允许较低优先级的线程 获得运行机会，但 yield()  方法执行时，当前线程仍处在可运行状态，所以，不可能让出较低优先级的线程些时获得 CPU 占有权。在一个运行系统中，如果较高优先级的线程没有调用 sleep 方法，又没有受到 I\O 阻塞，那么，较低优先级线程只能等待所有较高优先级的线程运行结束，才有机会运行。 

 wait和sleep区别
共同点： 
1. 他们都是在多线程的环境下，都可以在程序的调用处阻塞指定的毫秒数，并返回。 
2. wait()和sleep()都可以通过interrupt()方法 打断线程的暂停状态 ，从而使线程立刻抛出InterruptedException。 
   如果线程A希望立即结束线程B，则可以对线程B对应的Thread实例调用interrupt方法。如果此刻线程B正在wait/sleep /join，则线程B会立刻抛出InterruptedException，在catch() {} 中直接return即可安全地结束线程。 
   需要注意的是，InterruptedException是线程自己从内部抛出的，并不是interrupt()方法抛出的。对某一线程调用 interrupt()时，如果该线程正在执行普通的代码，那么该线程根本就不会抛出InterruptedException。但是，一旦该线程进入到 wait()/sleep()/join()后，就会立刻抛出InterruptedException 。 
不同点： 
1. Thread类的方法：sleep(),yield()等 
  Object的方法：wait()和notify()等 
2. 每个对象都有一个（唯一）锁来控制同步访问。Synchronized关键字可以和对象的锁交互，来实现线程的同步。 sleep方法没有释放锁，而wait方法释放了锁，使得其他线程可以使用同步控制块或者方法。 
3. wait，notify和notifyAll只能在同步控制方法或者同步控制块里面使用，而sleep可以在任何地方使用 
所以sleep()和wait()方法的最大区别是：sleep()睡眠时，保持对象锁，仍然占有该锁；而wait()睡眠时，释放对象锁。
sleep（）方法
sleep()使当前线程进入停滞状态（阻塞当前线程），让出CUP的使用、目的是不让当前线程独自霸占该进程所获的CPU资源，以留一定时间给其他线程执行的机会;
sleep()是Thread类的Static(静态)的方法；因此他不能改变对象的机锁，所以当在一个Synchronized块中调用Sleep()方法是，线程虽然休眠了，但是对象的机锁并木有被释放，其他线程无法访问这个对象（即使睡着也持有对象锁）。
在sleep()休眠时间期满后，该线程不一定会立即执行，这是因为其它线程可能正在运行而且没有被调度为放弃执行，除非此线程具有更高的优先级。 
wait（）方法
wait()方法是Object类里的方法；当一个线程执行到wait()方法时，它就进入到一个和该对象相关的等待池中，同时失去（释放）了对象的机锁（暂时失去机锁，wait(long timeout)超时时间到后还需要返还对象锁）；其他线程可以访问；
wait()使用notify或者notifyAlll或者指定睡眠时间来唤醒当前等待池中的线程。
wiat()必须放在synchronized block中，否则会在program runtime时扔出”java.lang.IllegalMonitorStateException“异常。

六、线程同步

1、synchronized关键字的作用域有二种： 
        1）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； 
        2）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。 
2、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； 
3、synchronized关键字是不能被继承的，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；

以下两种方式是等价的

public synchronized String fun(){...}//同步方法
public String fun(){
    synchronized (this){...}//方法内的同步代码块
}

使用synchronized关键字同步的 缺点是会使 程序效率变低，执行时间变长；也有可能会 造成死锁 

详情参考 java Synchronized关键字和死锁