Java併發編程：Thread類的使用

　　在前面2篇文章分別講到了線程和進程的由來、以及如何在Java中怎麼創建線程和進程。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：線程的幾種狀態、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.線程的狀態

　　二.上下文切換

　　三.Thread類中的方法

一.線程的狀態

　　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態，這個將會有助於後面對Thread類中的方法的理解。

　　線程從創建到最終的消亡，要經歷若干個狀態。一般來說，線程包括以下這幾個狀態：創建(new)、就緒(runnable)、運行(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，就創建了一個線程。但是線程創建之後，不會立即進入就緒狀態，因爲線程的運行需要一些條件（比如內存資源，在前面的JVM內存區域劃分一篇博文中知道程序計數器、Java棧、本地方法棧都是線程私有的，所以需要爲線程分配一定的內存空間），只有線程運行需要的所有條件滿足了，才進入就緒狀態。

　　當線程進入就緒狀態後，不代表立刻就能獲取CPU執行時間，也許此時CPU正在執行其他的事情，因此它要等待。當得到CPU執行時間之後，線程便真正進入運行狀態。

　　線程在運行狀態過程中，可能有多個原因導致當前線程不繼續運行下去，比如用戶主動讓線程睡眠（睡眠一定的時間之後再重新執行）、用戶主動讓線程等待，或者被同步塊給阻塞，此時就對應着多個狀態：time waiting（睡眠或等待一定的事件）、waiting（等待被喚醒）、blocked（阻塞）。

　　當由於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創建到消亡之間的狀態：
　　

　　在有些教程上將blocked、waiting、time waiting統稱爲阻塞狀態，這個也是可以的，只不過這裏我想將線程的狀態和Java中的方法調用聯繫起來，所以將waiting和time waiting兩個狀態分離出來。

二.上下文切換

　　對於單核CPU來說（對於多核CPU，此處就理解爲一個核），CPU在一個時刻只能運行一個線程，當在運行一個線程的過程中轉去運行另外一個線程，這個叫做線程上下文切換（對於進程也是類似）。

　　由於可能當前線程的任務並沒有執行完畢，所以在切換時需要保存線程的運行狀態，以便下次重新切換回來時能夠繼續切換之前的狀態運行。舉個簡單的例子：比如一個線程A正在讀取一個文件的內容，正讀到文件的一半，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又從文件的開頭來讀取。

　　因此需要記錄線程A的運行狀態，那麼會記錄哪些數據呢？因爲下次恢復時需要知道在這之前當前線程已經執行到哪條指令了，所以需要記錄程序計數器的值，另外比如說線程正在進行某個計算的時候被掛起了，那麼下次繼續執行的時候需要知道之前掛起時變量的值時多少，因此需要記錄CPU寄存器的狀態。所以一般來說，線程上下文切換過程中會記錄程序計數器、CPU寄存器狀態等數據。

　　說簡單點的：對於線程的上下文切換實際上就是存儲和恢復CPU狀態的過程，它使得線程執行能夠從中斷點恢復執行。

　　雖然多線程可以使得任務執行的效率得到提升，但是由於在線程切換時同樣會帶來一定的開銷代價，並且多個線程會導致系統資源佔用的增加，所以在進行多線程編程時要注意這些因素。

三.Thread類中的方法

　　通過查看java.lang.Thread類的源碼可知：
　　

　　Thread類實現了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（最大值爲10，最小值爲1，默認值爲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：

　　以下是關係到線程運行狀態的幾個方法：

　　1）start方法

　　start()用來啓動一個線程，當調用start方法後，系統纔會開啓一個新的線程來執行用戶定義的子任務，在這個過程中，會爲相應的線程分配需要的資源。

　　2）run方法

　　run()方法是不需要用戶來調用的，當通過start方法啓動一個線程之後，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：
　　

sleep(long millis)     //參數爲毫秒

sleep(long millis,int nanoseconds)    //第一參數爲毫秒，第二個參數爲納秒

　　sleep相當於讓線程睡眠，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，也就是說如果當前線程持有對某個對象的鎖，則即使調用sleep方法，其他線程也無法訪問這個對象。看下面這個例子就清楚了：
　　

public class Test {

    private int i = 10;
    private Object object = new Object();

    public static void main(String[] args) throws IOException  {
        Test test = new Test();
        MyThread thread1 = test.new MyThread();
        MyThread thread2 = test.new MyThread();
        thread1.start();
        thread2.start();
    } 


    class MyThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            synchronized (object) {
                i++;
                System.out.println("i:"+i);
                try {
                    System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"進入睡眠狀態");
                    Thread.currentThread().sleep(10000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO: handle exception
                }
                System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"睡眠結束");
                i++;
                System.out.println("i:"+i);
            }
        }
    }
}

　　輸出結果：
　　

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

　　注意，如果調用了sleep方法，必須捕獲InterruptedException異常或者將該異常向上層拋出。當線程睡眠時間滿後，不一定會立即得到執行，因爲此時可能CPU正在執行其他的任務。所以說調用sleep方法相當於讓線程進入阻塞狀態。

　　4）yield方法

　　調用yield方法會讓當前線程交出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方法只能讓擁有相同優先級的線程有獲取CPU執行時間的機會。

　　注意，調用yield方法並不會讓線程進入阻塞狀態，而是讓線程重回就緒狀態，它只需要等待重新獲取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：
　　

join()
join(long millis)     //參數爲毫秒
join(long millis,int nanoseconds)    //第一參數爲毫秒，第二個參數爲納秒

　　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：
　　

public class Test {

    public static void main(String[] args) throws IOException  {
        System.out.println("進入線程"+Thread.currentThread().getName());
        Test test = new Test();
        MyThread thread1 = test.new MyThread();
        thread1.start();
        try {
            System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"等待");
            thread1.join();
            System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"繼續執行");
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    } 

    class MyThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("進入線程"+Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.currentThread().sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO: handle exception
            }
            System.out.println("線程"+Thread.currentThread().getName()+"執行完畢");
        }
    }
}

　　輸出結果：
　　

　　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，這個可以通過查看源碼得知：
　　

　　wait方法會讓線程進入阻塞狀態，並且會釋放線程佔有的鎖，並交出CPU執行權限。

　　由於wait方法會讓線程釋放對象鎖，所以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方法可以使得處於阻塞狀態的線程拋出一個異常，也就說，它可以用來中斷一個正處於阻塞狀態的線程；另外，通過interrupt方法和isInterrupted()方法來停止正在運行的線程。

　　下面看一個例子：
　　

public class Test {

    public static void main(String[] args) throws IOException  {
        Test test = new Test();
        MyThread thread = test.new MyThread();
        thread.start();
        try {
            Thread.currentThread().sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {

        }
        thread.interrupt();
    } 

    class MyThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println("進入睡眠狀態");
                Thread.currentThread().sleep(10000);
                System.out.println("睡眠完畢");
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println("得到中斷異常");
            }
            System.out.println("run方法執行完畢");
        }
    }
}

　　輸出結果：
　　

　　從這裏可以看出，通過interrupt方法可以中斷處於阻塞狀態的線程。那麼能不能中斷處於非阻塞狀態的線程呢？看下面這個例子：
　　

public class Test {

    public static void main(String[] args) throws IOException  {
        Test test = new Test();
        MyThread thread = test.new MyThread();
        thread.start();
        try {
            Thread.currentThread().sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {

        }
        thread.interrupt();
    } 

    class MyThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            int i = 0;
            while(i<Integer.MAX_VALUE){
                System.out.println(i+" while循環");
                i++;
            }
        }
    }
}

　　運行該程序會發現，while循環會一直運行直到變量i的值超出Integer.MAX_VALUE。所以說直接調用interrupt方法不能中斷正在運行中的線程。

　　但是如果配合isInterrupted()能夠中斷正在運行的線程，因爲調用interrupt方法相當於將中斷標誌位置爲true，那麼可以通過調用isInterrupted()判斷中斷標誌是否被置位來中斷線程的執行。比如下面這段代碼：
　　

public class Test {

    public static void main(String[] args) throws IOException  {
        Test test = new Test();
        MyThread thread = test.new MyThread();
        thread.start();
        try {
            Thread.currentThread().sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {

        }
        thread.interrupt();
    } 

    class MyThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            int i = 0;
            while(!isInterrupted() && i<Integer.MAX_VALUE){
                System.out.println(i+" while循環");
                i++;
            }
        }
    }
}

　　運行會發現，打印若干個值之後，while循環就停止打印了。

　　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來標誌是否結束while循環，然後再在while循環中判斷isStop的值。
　　

class MyThread extends Thread{
        private volatile boolean isStop = false;
        @Override
        public void run() {
            int i = 0;
            while(!isStop){
                i++;
            }
        }

        public void setStop(boolean stop){
            this.isStop = stop;
        }
    }

　　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。因爲調用stop方法會直接終止run方法的調用，並且會拋出一個ThreadDeath錯誤，如果線程持有某個對象鎖的話，會完全釋放鎖，導致對象狀態不一致。所以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。

　　以下是關係到線程屬性的幾個方法：

　　1）getId

　　用來得到線程ID

　　2）getName和setName

　　用來得到或者設置線程名稱。

　　3）getPriority和setPriority

　　用來獲取和設置線程優先級。

　　4）setDaemon和isDaemon

　　用來設置線程是否成爲守護線程和判斷線程是否是守護線程。

　　守護線程和用戶線程的區別在於：守護線程依賴於創建它的線程，而用戶線程則不依賴。舉個簡單的例子：如果在main線程中創建了一個守護線程，當main方法運行完畢之後，守護線程也會隨着消亡。而用戶線程則不會，用戶線程會一直運行直到其運行完畢。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態方法currentThread()用來獲取當前線程。

　　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態發生怎樣的變化呢？下面一幅圖就是在上面的圖上進行改進而來的：
　　

這個世界上沒有知識是學不會的，不是嗎？如果一開始學不會，就可以把問題細化分解，然後學習更基本的知識。最後，所有問題都能變得和1+1=2一樣簡單，我們需要的只是時間。好了，最後給大家推薦一個學習Java的好網站JAVA自學網站–how2j.cn

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