Java并發程式設計：Thread類的使用

Java并發程式設計：Thread類的使用

　　在前面2篇文章分别講到了線程和程序的由來、以及如何在Java中怎麼建立線程和程序。今天我們來學習一下Thread類，在學習Thread類之前，先介紹與線程相關知識：線程的幾種狀态、上下文切換，然後接着介紹Thread類中的方法的具體使用。

　　以下是本文的目錄大綱：

　　一.線程的狀态

　　二.上下文切換

　　三.Thread類中的方法

　　若有不正之處，請多多諒解并歡迎批評指正。

　　請尊重作者勞動成果，轉載請标明原文連結：

 　　http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920357.html

　　在正式學習Thread類中的具體方法之前，我們先來了解一下線程有哪些狀态，這個将會有助于後面對Thread類中的方法的了解。

　　線程從建立到最終的消亡，要經曆若幹個狀态。一般來說，線程包括以下這幾個狀态：建立(new)、就緒(runnable)、運作(running)、阻塞(blocked)、time waiting、waiting、消亡（dead）。

　　當需要新起一個線程來執行某個子任務時，就建立了一個線程。但是線程建立之後，不會立即進入就緒狀态，因為線程的運作需要一些條件（比如記憶體資源，在前面的JVM記憶體區域劃分一篇博文中知道程式計數器、Java棧、本地方法棧都是線程私有的，是以需要為線程配置設定一定的記憶體空間），隻有線程運作需要的所有條件滿足了，才進入就緒狀态。

　　當線程進入就緒狀态後，不代表立刻就能擷取CPU執行時間，也許此時CPU正在執行其他的事情，是以它要等待。當得到CPU執行時間之後，線程便真正進入運作狀态。

　　線程在運作狀态過程中，可能有多個原因導緻目前線程不繼續運作下去，比如使用者主動讓線程睡眠（睡眠一定的時間之後再重新執行）、使用者主動讓線程等待，或者被同步塊給阻塞，此時就對應着多個狀态：time waiting（睡眠或等待一定的事件）、waiting（等待被喚醒）、blocked（阻塞）。

　　當由于突然中斷或者子任務執行完畢，線程就會被消亡。

　　下面這副圖描述了線程從建立到消亡之間的狀态：

　　在有些教程上将blocked、waiting、time waiting統稱為阻塞狀态，這個也是可以的，隻不過這裡我想将線程的狀态和Java中的方法調用聯系起來，是以将waiting和time waiting兩個狀态分離出來。

　　對于單核CPU來說（對于多核CPU，此處就了解為一個核），CPU在一個時刻隻能運作一個線程，當在運作一個線程的過程中轉去運作另外一個線程，這個叫做線程上下文切換（對于程序也是類似）。

　　由于可能目前線程的任務并沒有執行完畢，是以在切換時需要儲存線程的運作狀态，以便下次重新切換回來時能夠繼續切換之前的狀态運作。舉個簡單的例子：比如一個線程A正在讀取一個檔案的内容，正讀到檔案的一半，此時需要暫停線程A，轉去執行線程B，當再次切換回來執行線程A的時候，我們不希望線程A又從檔案的開頭來讀取。

　　是以需要記錄線程A的運作狀态，那麼會記錄哪些資料呢？因為下次恢複時需要知道在這之前目前線程已經執行到哪條指令了，是以需要記錄程式計數器的值，另外比如說線程正在進行某個計算的時候被挂起了，那麼下次繼續執行的時候需要知道之前挂起時變量的值時多少，是以需要記錄CPU寄存器的狀态。是以一般來說，線程上下文切換過程中會記錄程式計數器、CPU寄存器狀态等資料。

　　說簡單點的：對于線程的上下文切換實際上就是 存儲和恢複CPU狀态的過程，它使得線程執行能夠從中斷點恢複執行。

　　雖然多線程可以使得任務執行的效率得到提升，但是由于線上程切換時同樣會帶來一定的開銷代價，并且多個線程會導緻系統資源占用的增加，是以在進行多線程程式設計時要注意這些因素。

　　通過檢視java.lang.Thread類的源碼可知：

　　

　　Thread類實作了Runnable接口，在Thread類中，有一些比較關鍵的屬性，比如name是表示Thread的名字，可以通過Thread類的構造器中的參數來指定線程名字，priority表示線程的優先級（最大值為10，最小值為1，預設值為5），daemon表示線程是否是守護線程，target表示要執行的任務。

　　下面是Thread類中常用的方法：

　　以下是關系到線程運作狀态的幾個方法：

　　1）start方法

　　start()用來啟動一個線程，當調用start方法後，系統才會開啟一個新的線程來執行使用者定義的子任務，在這個過程中，會為相應的線程配置設定需要的資源。

　　2）run方法

　　run()方法是不需要使用者來調用的，當通過start方法啟動一個線程之後，當線程獲得了CPU執行時間，便進入run方法體去執行具體的任務。注意，繼承Thread類必須重寫run方法，在run方法中定義具體要執行的任務。

　　3）sleep方法

　　sleep方法有兩個重載版本：

1

2

3

<code>sleep(</code><code>long</code> <code>millis)     </code><code>//參數為毫秒</code>

<code>sleep(</code><code>long</code> <code>millis,</code><code>int</code> <code>nanoseconds)    </code><code>//第一參數為毫秒，第二個參數為納秒</code>

　　sleep相當于讓線程睡眠，交出CPU，讓CPU去執行其他的任務。

　　但是有一點要非常注意，sleep方法不會釋放鎖，也就是說如果目前線程持有對某個對象的鎖，則即使調用sleep方法，其他線程也無法通路這個對象。看下面這個例子就清楚了：

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<code>public</code> <code>class</code> <code>Test {</code>

<code>    </code> 

<code>    </code><code>private</code> <code>int</code> <code>i = </code><code>10</code><code>;</code>

<code>    </code><code>private</code> <code>Object object = </code><code>new</code> <code>Object();</code>

<code>    </code><code>public</code> <code>static</code> <code>void</code> <code>main(String[] args) </code><code>throws</code> <code>IOException  {</code>

<code>        </code><code>Test test = </code><code>new</code> <code>Test();</code>

<code>        </code><code>MyThread thread1 = test.</code><code>new</code> <code>MyThread();</code>

<code>        </code><code>MyThread thread2 = test.</code><code>new</code> <code>MyThread();</code>

<code>        </code><code>thread1.start();</code>

<code>        </code><code>thread2.start();</code>

<code>    </code><code>} </code>

<code>    </code><code>class</code> <code>MyThread </code><code>extends</code> <code>Thread{</code>

<code>        </code><code>@Override</code>

<code>        </code><code>public</code> <code>void</code> <code>run() {</code>

<code>            </code><code>synchronized</code> <code>(object) {</code>

<code>                </code><code>i++;</code>

<code>                </code><code>System.out.println(</code><code>"i:"</code><code>+i);</code>

<code>                </code><code>try</code> <code>{</code>

<code>                    </code><code>System.out.println(</code><code>"線程"</code><code>+Thread.currentThread().getName()+</code><code>"進入睡眠狀态"</code><code>);</code>

<code>                    </code><code>Thread.currentThread().sleep(</code><code>10000</code><code>);</code>

<code>                </code><code>} </code><code>catch</code> <code>(InterruptedException e) {</code>

<code>                    </code><code>// TODO: handle exception</code>

<code>                </code><code>}</code>

<code>                </code><code>System.out.println(</code><code>"線程"</code><code>+Thread.currentThread().getName()+</code><code>"睡眠結束"</code><code>);</code>

<code>            </code><code>}</code>

<code>        </code><code>}</code>

<code>    </code><code>}</code>

<code>}</code>

 　　輸出結果：

　　從上面輸出結果可以看出，當Thread-0進入睡眠狀态之後，Thread-1并沒有去執行具體的任務。隻有當Thread-0執行完之後，此時Thread-0釋放了對象鎖，Thread-1才開始執行。

　　注意，如果調用了sleep方法，必須捕獲InterruptedException異常或者将該異常向上層抛出。當線程睡眠時間滿後，不一定會立即得到執行，因為此時可能CPU正在執行其他的任務。是以說調用sleep方法相當于讓線程進入阻塞狀态。

　　4）yield方法

　　調用yield方法會讓目前線程交出CPU權限，讓CPU去執行其他的線程。它跟sleep方法類似，同樣不會釋放鎖。但是yield不能控制具體的交出CPU的時間，另外，yield方法隻能讓擁有相同優先級的線程有擷取CPU執行時間的機會。

　　注意，調用yield方法并不會讓線程進入阻塞狀态，而是讓線程重回就緒狀态，它隻需要等待重新擷取CPU執行時間，這一點是和sleep方法不一樣的。

　　5）join方法

　　join方法有三個重載版本：

<code>join()</code>

<code>join(</code><code>long</code> <code>millis)     </code><code>//參數為毫秒</code>

<code>join(</code><code>long</code> <code>millis,</code><code>int</code> <code>nanoseconds)    </code><code>//第一參數為毫秒，第二個參數為納秒</code>

 　　假如在main線程中，調用thread.join方法，則main方法會等待thread線程執行完畢或者等待一定的時間。如果調用的是無參join方法，則等待thread執行完畢，如果調用的是指定了時間參數的join方法，則等待一定的事件。

　　看下面一個例子：

<code>        </code><code>System.out.println(</code><code>"進入線程"</code><code>+Thread.currentThread().getName());</code>

<code>        </code><code>try</code> <code>{</code>

<code>            </code><code>System.out.println(</code><code>"線程"</code><code>+Thread.currentThread().getName()+</code><code>"等待"</code><code>);</code>

<code>            </code><code>thread1.join();</code>

<code>            </code><code>System.out.println(</code><code>"線程"</code><code>+Thread.currentThread().getName()+</code><code>"繼續執行"</code><code>);</code>

<code>        </code><code>} </code><code>catch</code> <code>(InterruptedException e) {</code>

<code>            </code><code>// TODO Auto-generated catch block</code>

<code>            </code><code>e.printStackTrace();</code>

<code>            </code><code>System.out.println(</code><code>"進入線程"</code><code>+Thread.currentThread().getName());</code>

<code>            </code><code>try</code> <code>{</code>

<code>                </code><code>Thread.currentThread().sleep(</code><code>5000</code><code>);</code>

<code>            </code><code>} </code><code>catch</code> <code>(InterruptedException e) {</code>

<code>                </code><code>// TODO: handle exception</code>

<code>            </code><code>System.out.println(</code><code>"線程"</code><code>+Thread.currentThread().getName()+</code><code>"執行完畢"</code><code>);</code>

　　可以看出，當調用thread1.join()方法後，main線程會進入等待，然後等待thread1執行完之後再繼續執行。

　　實際上調用join方法是調用了Object的wait方法，這個可以通過檢視源碼得知：

　　wait方法會讓線程進入阻塞狀态，并且會釋放線程占有的鎖，并交出CPU執行權限。

　　由于wait方法會讓線程釋放對象鎖，是以join方法同樣會讓線程釋放對一個對象持有的鎖。具體的wait方法使用在後面文章中給出。

　　6）interrupt方法

　　interrupt，顧名思義，即中斷的意思。單獨調用interrupt方法可以使得處于阻塞狀态的線程抛出一個異常，也就說，它可以用來中斷一個正處于阻塞狀态的線程；另外，通過interrupt方法和isInterrupted()方法來停止正在運作的線程。

　　下面看一個例子：

<code>        </code><code>MyThread thread = test.</code><code>new</code> <code>MyThread();</code>

<code>        </code><code>thread.start();</code>

<code>            </code><code>Thread.currentThread().sleep(</code><code>2000</code><code>);</code>

<code>            </code> 

<code>        </code><code>thread.interrupt();</code>

<code>                </code><code>System.out.println(</code><code>"進入睡眠狀态"</code><code>);</code>

<code>                </code><code>Thread.currentThread().sleep(</code><code>10000</code><code>);</code>

<code>                </code><code>System.out.println(</code><code>"睡眠完畢"</code><code>);</code>

<code>                </code><code>System.out.println(</code><code>"得到中斷異常"</code><code>);</code>

<code>            </code><code>System.out.println(</code><code>"run方法執行完畢"</code><code>);</code>

　　從這裡可以看出，通過interrupt方法可以中斷處于阻塞狀态的線程。那麼能不能中斷處于非阻塞狀态的線程呢？看下面這個例子：

<code>            </code><code>int</code> <code>i = </code><code>0</code><code>;</code>

<code>            </code><code>while</code><code>(i&lt;Integer.MAX_VALUE){</code>

<code>                </code><code>System.out.println(i+</code><code>" while循環"</code><code>);</code>

 　　運作該程式會發現，while循環會一直運作直到變量i的值超出Integer.MAX_VALUE。是以說直接調用interrupt方法不能中斷正在運作中的線程。

　　但是如果配合isInterrupted()能夠中斷正在運作的線程，因為調用interrupt方法相當于将中斷标志位置為true，那麼可以通過調用isInterrupted()判斷中斷标志是否被置位來中斷線程的執行。比如下面這段代碼：

<code>            </code><code>while</code><code>(!isInterrupted() &amp;&amp; i&lt;Integer.MAX_VALUE){</code>

 　　運作會發現，列印若幹個值之後，while循環就停止列印了。

　　但是一般情況下不建議通過這種方式來中斷線程，一般會在MyThread類中增加一個屬性 isStop來标志是否結束while循環，然後再在while循環中判斷isStop的值。

<code>class</code> <code>MyThread </code><code>extends</code> <code>Thread{</code>

<code>        </code><code>private</code> <code>volatile</code> <code>boolean</code> <code>isStop = </code><code>false</code><code>;</code>

<code>            </code><code>while</code><code>(!isStop){</code>

<code>        </code> 

<code>        </code><code>public</code> <code>void</code> <code>setStop(</code><code>boolean</code> <code>stop){</code>

<code>            </code><code>this</code><code>.isStop = stop;</code>

 　　那麼就可以在外面通過調用setStop方法來終止while循環。

　　7）stop方法

　　stop方法已經是一個廢棄的方法，它是一個不安全的方法。因為調用stop方法會直接終止run方法的調用，并且會抛出一個ThreadDeath錯誤，如果線程持有某個對象鎖的話，會完全釋放鎖，導緻對象狀态不一緻。是以stop方法基本是不會被用到的。

　　8）destroy方法

　　destroy方法也是廢棄的方法。基本不會被使用到。

　　以下是關系到線程屬性的幾個方法：

　　1）getId

　　用來得到線程ID

　　2）getName和setName

　　用來得到或者設定線程名稱。

　　3）getPriority和setPriority

　　用來擷取和設定線程優先級。

　　4）setDaemon和isDaemon

　　用來設定線程是否成為守護線程和判斷線程是否是守護線程。

　　守護線程和使用者線程的差別在于：守護線程依賴于建立它的線程，而使用者線程則不依賴。舉個簡單的例子：如果在main線程中建立了一個守護線程，當main方法運作完畢之後，守護線程也會随着消亡。而使用者線程則不會，使用者線程會一直運作直到其運作完畢。在JVM中，像垃圾收集器線程就是守護線程。

　　Thread類有一個比較常用的靜态方法currentThread()用來擷取目前線程。

　　在上面已經說到了Thread類中的大部分方法，那麼Thread類中的方法調用到底會引起線程狀态發生怎樣的變化呢？下面一幅圖就是在上面的圖上進行改進而來的：

　　參考資料：

　　《Java程式設計思想》

本文轉載自海 子部落格園部落格，原文連結：http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920357.html如需轉載自行聯系原作者