9--黑馬程式設計師--技術總結之多執行緒

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一.多執行緒的概念

以往開發的程式大多是單執行緒的，即一個程式只有一條從頭至尾的執行線索。然而現實世界中的很多過程都具有多條線索同時動作的特性：例如，我們可以一邊看電視，一邊活動胳膊，如果不容許這樣做，我們會感覺很難受。再如一個網路伺服器可能需要同時處理多個客戶機的請求等。
Java的一大特性點就是內建對多執行緒的支援。多執行緒是指同時存在幾個執行體，按幾條不同的執行線索共同工作的情況，它使得程式設計人員可以很方便地開發出具有多執行緒功能，能同時處理多個任務的功能強大的應用程式。雖然執行執行緒給人一種幾個事件同時發生的感覺，但這只是一種錯覺，因為計算機在任何給定的時刻只能執行那些執行緒中的一個。為了建立這些執行緒正在同步執行的感覺，Java快速地把控制從一個執行緒切換到另一個執行緒。
觀察下列程式碼：

<spanstyle="font-size:12px;"> public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
while(true) {
System.out.println("JAVA");
}
while(true) {
System.out.println("C++");
}
}</

span>

上述程式碼是有問題的，因為第二個while語句是永遠沒有機會執行的程式碼。如果能在程式中建立兩個執行緒，每個執行緒分別執行一個while迴圈，那麼兩個迴圈就都有機會執行，即一個執行緒中的while語句執行一段時間後，就會輪到另一個執行緒中的while語句執行一段時間，這是因為Java虛擬機器(JVM)負責管理這些執行緒，這CPU將被輪流執行，使得每個執行緒有機會使用CPU資源.

1.執行緒與程序

程序是程式的一次動態執行過程，它對應了從程式碼載入、執行至執行完畢的一個完整過程，這個過程也是程序本身從產生、發展至消亡的過程。執行緒是比程序更小的執行單位。一個程序在其執行過程中，可以產生多個執行緒，形成多條執行線索，每條線索，即每個執行緒也有它自身的產生、存在和消亡的過程，也是一個動態的概念。每個程序都有一段專用的記憶體區域，與此不同的是，執行緒間可以共享相同的記憶體單元（包括程式碼與資料），並利用這些共享單元來實現資料交換、實時通訊與必要的同步操作。多執行緒的程式能更好地表達和解決現實世界的具體問題，是計算機應用開發和程式設計的一個必然發展趨勢。
每個Java程式都有一個預設的主執行緒。Java應用程式總是從主類的main方法開始執行。當JVM載入程式碼，發現main方法之後，就會啟動一個執行緒，這個執行緒稱作“主執行緒”，該執行緒負責執行main方法。在main方法的執行中再建立的執行緒，就稱為程式中的其他執行緒。如果main方法中沒有建立其他的執行緒，那麼當main方法執行完最後一個語句，即main方法返回時，JVM就會結束Java應用程式。如果main方法中又建立了其他執行緒，那麼JVM就要在主執行緒和其他執行緒之間輪流切換，保證每個執行緒都有機會使用CPU資源，main方法即使執行完最後的語句,JVM也不會結束程式，JVM一直要等到程式中的所有執行緒都結束之後，才結束Java應用程式。

2．執行緒的狀態與生命週期
         Java使用Thread類及其子類的物件來表示執行緒，新建的執行緒在它的一個完整的生命週期中通常要經歷如下的4種狀態。
         (1)新建
當一個Thread類或其子類的物件被宣告並建立時，新生的執行緒物件處於新建狀態。此時它已經有了相應的記憶體空間和其他資源。
         (2)執行
         執行緒建立之後就具備了執行的條件，一旦輪到它來享用CPU資源時，即JVM將CPU的使用權切換給該執行緒時，此執行緒就可以脫離建立它的主執行緒，獨立開始自己的生命週期了。
         執行緒建立後僅僅是佔有了記憶體資源，在JVM管理的執行緒中還沒有這個執行緒，此執行緒必須呼叫startO方法（從父類繼承的方法）通知JVM，這樣JVM就會知道又有一個新執行緒捧隊等候切換了。
         當JVM將CPU的使用權切換給執行緒時，如果執行緒是Thread的子類建立的，該類中run方法就立刻執行。所以必須在子類中重寫父類的run方法，Thread類中的run方法沒有具體內容，程式要在Thread類的子類中重寫run方法來覆蓋父類的run方法，run方法規定了該執行緒的具體使命。線上程沒有結束run0方法之前，不要讓執行緒再呼叫start0方法，否則將發生ILLegalThreadStateException異常。
         (3)中斷
      有4種原因的中斷：
         1）JVM將CPU資源從當前執行緒切換給其他執行緒，使本執行緒讓出CPU的使用權處於中斷狀態。
         2）執行緒使用CPU資源期間，執行了sleep(int millsecond)方法，使當前執行緒進入休眠狀態。slecp(int millsecond)方法是Thread類中的一個類方法，執行緒一旦執行了slecp(int millsecond)方法，就立刻讓出CPU的使用權，使當前執行緒處於中斷狀態。經過引數millsecond指定的毫秒數之後，該執行緒就重新進到執行緒佇列中捧隊等待CPU資源，以便從中斷處繼續執行。
         3）執行緒使用CPU資源期間，執行了wait0方法，使得當前執行緒進入等待狀態。等待狀態的執行緒不會主動進到執行緒佇列中排隊等待CPU資源，必須由其他執行緒呼叫notify0方法通知它，使得它重新進入到執行緒佇列中排隊等待CPU資源，以便從中斷處繼續執行。有關wait()、noftify()和notifyall()方法將在本部落格後面詳細討論。
        4）執行緒使用CPU資源期間，執行某個操作進入阻塞狀態，比如執行讀／寫操作引起阻塞。進入阻塞狀態時執行緒不能進入排隊佇列，只有當引起阻塞的原因消除後，執行緒才重新進入到執行緒佇列中排隊等待CPU資源，以便從原來中斷處繼續執行。
        (4)死亡
        處於死亡狀態的執行緒不具有繼續執行的能力。執行緒死亡的原因有二個：一個是正常執行的執行緒完成了它的全部工作，即執行完run方法中的全部語句,結束了run方法：Thread原因是執行緒被提前強制性地終止，即強制run方法結束。所謂死亡狀態就是執行緒釋放了實體，即釋放分配給執行緒物件的記憶體。現在，看一個完整的例子，通過分析執行結果闡述執行緒的4種狀態。該例子中用Thread的子類建立了兩個執行緒，模擬貓狗執行緒。

<spanstyle="font-size:12px;">public class ThreadDemo2 {
/**一個多執行緒例子的展示
* @黑馬ZWF
*/
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
Cat c = new Cat(); //為貓類建立物件
Dog d = new Dog(); //為狗類建立物件
c.start(); //啟動多執行緒
d.start(); //啟動多執行緒
for(int x = 0; x <8; x++) {
System.out.println("我是主人");
}
}
}
class Cat extends Thread {
public void run() { //重寫run方法
for(int x = 0; x <8; x++) {
System.out.println("我是貓");
}
}
}
class Dog extends Thread {
public void run() { //重寫run方法
for(int x = 0; x <8; x++) {
System.out.println("我是狗");
}
}
}</span>

執行結果如下：

二. 執行緒建立的兩種方式：繼承Thread類和使用Runnable介面

         1.利用Thread類的子類建立執行緒
         其實上面的ThreadDemo2就是繼承Thread類來進行執行緒的建立。下面我們來具體介紹如何用Thread類的子類來建立物件。
          在編寫Thread類的子類時，需要重寫父類的run()方法，其目的是規定執行緒的具體操作，否則執行緒就什麼也不做，因為父類的run()方法中沒有任何操作語句。
        下面例子中除主執行緒外還有兩個執行緒，這兩個執行緒共享一個物件，兩個執行緒在執行期間修改這個物件的成員變數。為了使結果儘量不依賴於當前CPU資源的使用情況。應當讓執行緒主動呼叫sleep方法讓出CPU的使用權進入中斷狀態，sleep方法是Thread類的靜查布法，執行緒在佔用CPU資源期間，通過呼叫sleep方法來使自己最棄CPU資源，休眠一段時間。程式碼示例如下:

public class ThreadDemo3 {
/**用Thread類的子類建立程序
* @黑馬ZWF
*/
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
ComputerSum sum = new ComputerSum();
People teacher = new People("老師", 200, sum);
People student = new People("學生", 200, sum);
teacher.start() ;
student.start() ;
}
}
class ComputerSum {
int sum;
public void setSum(int n) {
sum = n;
}
public int getSum() {
return sum;
}
}
class People extends Thread {
int timeLength; //執行緒休眠的時間長度
ComputerSum sum;
People(String name, int timeLength, ComputerSum sum) {
setName(name); //呼叫Thread類的方法setName為執行緒起個名字
this.timeLength = timeLength;
this.sum = sum;
}
public void run() {
for(int i = 1; i <= 5; i++) {
int m = sum.getSum();
sum.setSum(m + 1);
System.out.println("我是" + getName() +",現在的和：" + sum.getSum());
try {
sleep(timeLength);
}
catch(InterruptedException e){
System.out.println("發生InterruptedException異常");
}
}
}
}

執行結果如下:

        2.使用Runnable介面建立程序（推薦）
      使用Thread子類建立執行緒的優點是：可以在子類中增加新的成員變數，使執行緒具有某種屬性，也可以在子類中新增加方法，使執行緒具有某種功能。但是，Java不支援多繼承，Thread類的子類不能再擴充套件其他的類。但是使用Runnable介面的話，就可以實現擴充套件，提高程式碼的靈活性。
        1）Runnable介面與目標物件
         建立執行緒的另一個途徑就是用Thread類直接建立執行緒物件。使用Thread建立執行緒物件時，通常使用的構造方法是：
         thread（Runnable target)
        該構造方法中的引數是一個Runnable型別的介面，因此，在建立執行緒物件時必須向構造方法的引數傳遞一個實現Runnable介面類的例項，該例項物件稱作所創執行緒的目標物件，當執行緒呼叫start()方法後，一旦輪到它來享用CPU資源，目標物件就會自動呼叫介面中的run()方法（介面回撥），這一過程是自動實現的，使用者程式只需要讓執行緒呼叫start()方法即可，也就是說，當執行緒被排程並轉入執行狀態時，所執行的就是run()方法中所規定的操作。
         執行緒間可以共享相同的記憶體單元（包括程式碼與資料），並利用這些共享單元來實現資料交換、實時通訊與必要的同步操作。對於Thread(Runnable target)杓造方法建立的執行緒，輪到它來享用CPU資源時，目標物件就會自動呼叫介面中的run()方法，因此，對於使用同一目標物件的執行緒，目標物件的成員變數自然就是這些執行緒共亨的資料單元。另外，建立目標物件類在必要時還可以是某個特定類的子類，因此，使用Runnable介面比使用Thread類的子類更具有靈活性.下面程式碼示例是Runnable介面建立多執行緒的展示，改動自ThreadDemo2.

public class ThreadDemo4 {
/**Runnable介面建立多執行緒的展示，改動自ThreadDemo2
* @黑馬ZWF
*/
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
Cat c = new Cat();
Dog d = new Dog();
Thread t1 = new Thread(c); //使用Runnable介面的建立方法
Thread t2 = new Thread(d);
t1.start(); //啟動多執行緒t1
t2.start(); //啟動多執行緒t2
}
}
class Cat implements Runnable {
public void run() { //重寫run方法
for(int x = 0; x <8; x++) {
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