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Java必知必会之（四）---多线程全揭秘（上）

本文旨在用最通俗的语言讲述最枯燥的基本知识。

全文提纲：

1.线程是什么？（上）

2.线程和进程的区别和联系（上）

3.创建多线程的方法（上）

4.线程的生命周期（上）

5.线程的控制（上）

6.线程同步（下）

7.线程池（下）

8.ThreadLocal的基本用法（下）

9.线程安全（下）

1.线程是什么

线程是进程中的一个执行流程，是被系统独立调度和分派的基本单位。

线程是什么？进程是什么？

这么说可能有点懵逼，举个栗子吧：

A工厂是一个生产汽车的工厂，今天员工张三去送货，员工李四去进货。这里的

A工厂是一个进程（当然荒废的没有生命迹象的工厂不能算进程了）
员工张三去送货是一个线程
员工李四去进货也是一个线程

从例子可以看出

进程是指运行中的程序（没运行的程序，系统是不会为之分配资源的），每个进程都有自己独立的内存空间，当一个程序进入内存运行时，程序内部可能包含多个程序执行流，这个程序执行流就是一个线程。

几乎所有操作系统都支持多线程并发，就像我们平时上班用的电脑，我们可能习惯打开eclipse写代码，同时打开网易云音乐听课，而且还要打开有道翻译时刻准备着把我们的中文转成英文…

可见我们的电脑可以支持多个应用程序同时执行的，但实际上，而对于每个CPU来说，它在一个时间点内，只能执行一个程序，也就是一个进程，那为什么我们同时打开这么多程序运行没问题呢？

那是因为现代电脑都不止一个CPU啦。当然这个是一个原因。

最主要的是因为在程序运行过程中，CPU在不同程序之间高速的来回切换执行，因此所谓的“并发执行”实际上并不是多个程序在同时执行，而是系统对程序的执行做了调度，让视觉上看起来是同时执行了。

所以线程中的并发：

是指多个进程被CPU快速的轮换执行，而不是同时执行

2. 线程和进程的区别

通过上面的原理讲述已经能看出区别了，最主要有2点

线程作为调度和分配的基本单位，进程作为拥有资源的基本单位
线程是进程中的一个执行流程，一个进程可以包含多个线程

3. 多线程的创建

1. 继承Thread类创建线程：

 1public class ThreadTest  extends Thread {
 2    @Override
 3    public void run() {
 4        // 业务逻辑
 5        super.run();
 6    }
 7
 8    public static void main(String[] args) {
 9        new ThreadTest().run();
10        new ThreadTest().run();
11    }
12}
复制代码

2. 实现Runnable接口

 1public class ThreadTest  implements Runnable {
 2    @Override
 3    public void run() {
 4         //业务逻辑
 5    }
 6
 7    public static void main(String[] args) {
 8        new ThreadTest().run();
 9        new ThreadTest().run();
10    }
11}
复制代码

3. 使用Callable和Future创建

Callable接口是jdk5之后的新接口，它提供了一个call方法作为线程执行体，和thread的run方法类似，但是它的功能更强大：

它可以有返回值
它可以声明抛出异常
因此也可以像Runnable一样，创建一个Callable对象作为Thread的target，而实现它的call方法作为执行体.
同时jdk5提供了Future接口来代表Callable接口里的call方法返回值，并为Future接口提供了一个FutureTask实现类，该实现类实现了Future接口，并实现了Runable接口，它有以下几个方法：

boolean cancal(boolean mayInterruptRunning):试图取消该Future里关联的Callable任务
V get():返回Callable任务里call()方法的返回值，调用该方法将导致程序阻塞，必须等到子线程结束后才会得到返回值
V get(long timeout,TimeUnit unit):
boolean isCancel():如果在Callable任务正常完成前被取消，则返回true
boolean isDone():如果Callable任务已完成，则返回true

 1public static void main(String[] args) {
 2
 3        //1)创建一个Callable实现类，并实现call方法
 4        //2）用FutrueTask来包装类的实例
 5     FutureTask ft=new FutureTask<>(new Callable<Integer>() {
 6        @Override
 7        public Integer call() throws Exception {
 8            System.out.println("执行了");
 9            try {
10                Thread.sleep(1000*5);
11            } catch (InterruptedException e1) {
12                // TODO Auto-generated catch block
13                e1.printStackTrace();
14            }
15
16            return 12;
17        }
18    });
19     //使用FutureTask对象作为target来创建并且启动线程
20     new Thread(ft).start();
21
22     //阻塞方式获取线程返回值
23     try {
24        System.out.println("返回值："+ft.get());
25    } catch (InterruptedException e) {
26        // TODO Auto-generated catch block
27        e.printStackTrace();
28    } catch (ExecutionException e) {
29        // TODO Auto-generated catch block
30        e.printStackTrace();
31    }
32     //带有超时方式获取线程返回值
33     try {
34        System.out.println("返回值："+ft.get(2,TimeUnit.SECONDS));
35    } catch (InterruptedException | ExecutionException | TimeoutException e) {
36        // TODO Auto-generated catch block
37        e.printStackTrace();
38    }
39
40    }
复制代码

4. 线程的生命周期

线程创建之后，不会立即处于运行状态，根据前面对并发的定义理解：即使他启动了也不会永远都处于运行状态，如果它一直处于运行状态，就会一直占据着CPU资源，线程之间的切换也就无从谈起了。因此，线程是有生命周期的，他的生命周期包括以下几种状态：

新建（NEW）
就绪（Runnable）
运行（Running）
阻塞（Blocked）
死亡（Dead）

1. 新建状态

当在程序中用new创建一个线程之后，它就处于新建状态，此时它和程序中其它对象一样处于初始化状态（分配内存、初始化成员变量）。

2.就绪状态

当程序调用了start方法之后，程序就处于就绪状态，jvm会为它创建方法调用栈和程序计数器，此时的线程状态为可运行状态，并没有运行，而是需要线程调度器的调度决定何时运行。

3. 运行状态

当就绪的线程获得CPU之后，就会执行线程执行体（run方法），这时候线程就处于了运行状态。

4.阻塞状态

处于运行的状态的线程，除非执行时间非常非常非常短，否则它会因为系统对资源的调度而被中断进入阻塞状态。操作系统大多采用的是抢占式调度策略，在线程获得CPU之后，系统给线程一段时间来处理任务，当到时间之后，系统会强制性剥夺线程所占资源，而分配别的线程，至于分配给谁，这个取决于线程的优先级。

5.死亡状态

处于运行状态的线程，当它主动或者被动结束，线程就处于死亡状态。至于结束的形式，通常有以下几种：

线程执行完成，线程正常结束
线程执行过程中出现异常或者错误，被动结束
线程主动调用stop方法结束线程

5.线程的控制

Java提供了线程在其生命周期中的一些方法，便于开发者对线程有更好的控制。

主要有以下方法：

等待：join()
后台：setDeamon()
睡眠：sleep()
让步：yield()
优先级：setPriority()

1.线程等待

当某个线程执行流中调用其他线程的join()方法时，调用线程将被阻塞，知道被join()方法加入的join()线程执行完成为止。

乍一看，怎么也理解不了，这句话，我们来写一个程序测试一下：

 1public class ThreadTest  extends Thread {
 2    @Override
 3    public void run() {
 4        System.out.println(getName()+"运行...");
 5        for(int i=0;i<5;i++){
 6            System.out.println(getName()+"执行："+i);
 7        }
 8    }
 9    public ThreadTest(String name){
10        super(name);
11    }
12    public static void main(String[] args) {
13        //main方法--主线程
14        //线程1
15        new ThreadTest("子线程1").start();
16        //线程2
17        ThreadTest t2=new ThreadTest("子线程2");
18        t2.start();
19
20        try {
21          t2.join(1000);
22        } catch (InterruptedException e) {
23          e.printStackTrace();
24        }
25        //线程3
26        new ThreadTest("子线程3").start();
27    }
28}
复制代码

看输出结果：

 1子线程1运行...
 2子线程2运行...
 3子线程2执行：0
 4子线程2执行：1
 5子线程2执行：2
 6子线程2执行：3
 7子线程1执行：0
 8子线程2执行：4
 9子线程1执行：1
10子线程1执行：2
11子线程1执行：3
12子线程1执行：4
13子线程3运行...
14子线程3执行：0
15子线程3执行：1
16子线程3执行：2
17子线程3执行：3
18子线程3执行：4
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可以看到，线程1和2在并发执行着，而线程3则在他们都执行完之后才开始。

由此可知：

join()方法调用之后，后面的线程必须等待前面执行完之后才能执行，而不是并发执行

2.线程转入后台

当线程调用了setDaemon(true)之后，它就转入为后台线程，为前台线程提供服务，而当前台所有线程死亡时，后台线程也会接受到JVM的通知而自动死亡。

1ThreadTest t2=new ThreadTest("子线程2");
2//这是为后台线程，但必须在start前设置，因为前台线程死亡JVM会通知
3//后台线程死亡，但接受指令到响应需要时间。因此要自爱start前就设置
4        t2.setDaemon(true);
5        t2.start();
复制代码