Java多線程概念基礎篇
引言
多線程是Java的一個重要主體之一，接下來將要講解Java多線程篇章，涉及到的是JUC即java.util.concurrent包，該包是由Java大師 Doug Lea完成並且於JDK1.5之後併入到java中。我很歡迎讀者在討論區留言，也很樂意爲入門的學者充當佈道人，有問題就儘管提問吧。
一、線程的基本概念
線程的狀態圖大致如下：
分爲以下5種狀態：
- 新建狀態(New): 線程對象被創建後，就進入了新建狀態。例如，Thread thread = new Thread()。
- 就緒狀態(Runnable): 也被稱爲“可執行狀態”。線程對象被創建後，其它線程調用了該對象的start()方法，從而來啓動該線程。例如，thread.start()。處於就緒狀態的線程，隨時可能被CPU調度執行。
- 運行狀態(Running) : 線程獲取CPU權限進行執行。需要注意的是，線程只能從就緒狀態進入到運行狀態
- 阻塞狀態(Blocked) : 阻塞狀態是線程因爲某種原因放棄CPU使用權，暫時停止運行。直到線程進入就緒狀態，纔有機會轉到運行狀態。阻塞的情況分三種：
(01) 等待阻塞 – 通過調用線程的wait()方法，讓線程等待某工作的完成。
(02) 同步阻塞 – 線程在獲取synchronized同步鎖失敗(因爲鎖被其它線程所佔用)，它會進入同步阻塞狀態。
(03) 其他阻塞 – 通過調用線程的sleep()或join()或發出了I/O請求時，線程會進入到阻塞狀態。當sleep()狀態超時、join()等待線程終止或者超時、或者I/O處理完畢時，線程重新轉入就緒狀態。 - 死亡狀態(Dead) : 線程執行完了或者因異常退出了run()方法，該線程結束生命週期。
以上的這5種狀態涉及到的內容包括Object類, Thread和synchronized關鍵字。這些內容我們會在後面的章節中逐個進行學習。
- Object類，定義了wait(), notify(), notifyAll()等休眠/喚醒函數。
- Thread類，定義了一些列的線程操作函數。例如，sleep()休眠函數, interrupt()中斷函數, getName()獲取線程名稱等。
- synchronized，是關鍵字；它區分爲synchronized代碼塊和synchronized方法。synchronized的作用是讓線程獲取對象的同步鎖。
在後面詳細介紹wait(),notify()等方法時，我們會分析爲什麼“wait(), notify()等方法要定義在Object類，而不是Thread類中”。
二、實現多線程的方式
在Java中，實現多線程的方式總的來說分爲兩種，一種是通過繼承Thread自定義自己的線程類，另外一種是通過實現Runnable等接口。以下簡單貼個demo：
- 通過繼承線程類：
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println(Math.random());
}
public static void main(String[] args) {
new MyThread().start();
}
}
- 通過實現Runnable接口創建線程：
public static void main(String[] args) {
Runnable target=()->{
System.out.println(Math.random());
};
new Thread(target).start();
}
- 通過實現Callable接口創建線程：
public static void main(String[] args) throws Exception{
Callable<String> callable = () -> {
System.err.println("我是返回值的run方法！");
Thread.sleep(10000);
return "我是回調對象";
};
FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(callable);
Thread thread = new Thread(futureTask);
thread.start();
System.out.println("***********等待************");
while (true){
//每1S檢測是否完成？
Thread.sleep(1000);
System.out.println("未完成，執行檢查...");
if (futureTask.isDone()){
System.out.println("**********完成************");
System.out.println(futureTask.get());
break;
}
}
System.out.println("結束");
}
對以上三種實現多線程方式做一個總結：
- 繼承Thread、實現Runable、實現Callable接口，都可以創建線程，其中Callable接口需要使用FutureTask封裝。
- 把Runable和Callable歸納爲一類，繼承Thread爲一類，個人建議用實現接口的方式，因爲可讀性好，簡便，並且複用性更強。
那麼，JAVA是怎麼實現線程的呢？接下來就以上述的demo做一個簡單的剖析。
首先，我們查看Thread線程類的源碼：
//我會列出線程類中的與上述demo相關的方法或者變量，來探究線程是怎麼運行的
public class Thread implements Runnable {
/* 要運行的東西 */
private Runnable target;
//線程狀態內部枚舉類
public enum State {
NEW,
RUNNABLE,
BLOCKED,
WAITING,
TIMED_WAITING,
TERMINATED;
}
//線程內部的run方法
@Override
public void run() {
if (target != null) {
//就是調用Runnable的run方法體。
target.run();
}
}
public synchronized void start() {
/**
*主方法線程或“系統”不調用此方法
*/
if (threadStatus != 0)
//threadStatus=0，即該線程是新創建的線程，處於NEW狀態
throw new IllegalThreadStateException();
/* 通知組此線程即將啓動
*以便可以將其添加到組的線程列表中
*該組的未啓動計數可以減少。 */
group.add(this);
//定義是否執行完成的局部變量started
boolean started = false;
try {
//調用JVM實現的方法
start0();
started = true;
} finally {
try {
if (!started) {
group.threadStartFailed(this);
}
} catch (Throwable ignore) {
}
}
}
private native void start0();
...
}
通過以上源碼，我們可以知道，多線程的實現縱然可以繼承Thread重寫run方法，亦或者實現Runnable接口等，實質上殊途同歸，都是封裝到當前的run方法體當中去，並且交由JVM管理。大致的流程如下：
創建線程->修改runnable成員變量||重寫run方法->執行start方法，實質交由start0，交由JVM創建線程執行。
通過如上的講解，我想讀者應該能夠比較容易理解線程的創建，當然，對於Thread類的講解，後續會有專門的篇章。在剛纔的探究中，我們也看到了多線程模型中，start()與run()是不一致的。前者是創建新線程來運行指定的run方法體，後者是當前線程直接調用run方法執行。
三、總結
- 線程分爲5種狀態：NEW 、RUNNABLE 、RUNNING 、BLOCKED、 DEAD
- 線程創建的方式多種多樣，但實際殊途同歸
由於本篇是基礎篇章，內容也相對簡單，暫告一段落。