線程與進(jìn)程

線程：進(jìn)程中負(fù)責(zé)程序執(zhí)行的執(zhí)行單元

線程本身依靠程序進(jìn)行運(yùn)行
線程是程序中的順序控制流暗赶，只能使用分配給程序的資源和環(huán)境

進(jìn)程：執(zhí)行中的程序

一個(gè)進(jìn)程至少包含一個(gè)線程

單線程：程序中只存在一個(gè)線程尾菇，實(shí)際上主方法就是一個(gè)主線程

多線程：在一個(gè)程序中運(yùn)行多個(gè)任務(wù)

目的是更好地使用CPU資源

線程的實(shí)現(xiàn)

繼承Thread類

在java.lang包中定義, 繼承Thread類必須重寫run()方法

class MyThread extends Thread{
    private static int num = 0;

    public MyThread(){
        num++;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("主動(dòng)創(chuàng)建的第"+num+"個(gè)線程");
    }
}

創(chuàng)建好了自己的線程類之后垫桂，就可以創(chuàng)建線程對象了胧弛，然后通過start()方法去啟動(dòng)線程妇斤。注意橙困，不是調(diào)用run()方法啟動(dòng)線程驾霜，run方法中只是定義需要執(zhí)行的任務(wù)，如果調(diào)用run方法店枣，即相當(dāng)于在主線程中執(zhí)行run方法速警，跟普通的方法調(diào)用沒有任何區(qū)別叹誉，此時(shí)并不會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的線程來執(zhí)行定義的任務(wù)。

public class Test {
    public static void main(String[] args)  {
        MyThread thread = new MyThread();
        thread.start();
    }
}
class MyThread extends Thread{
    private static int num = 0;
    public MyThread(){
        num++;
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("主動(dòng)創(chuàng)建的第"+num+"個(gè)線程");
    }
}

在上面代碼中闷旧，通過調(diào)用start()方法长豁，就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的線程了。為了分清start()方法調(diào)用和run()方法調(diào)用的區(qū)別忙灼，請看下面一個(gè)例子：

public class Test {
    public static void main(String[] args)  {
        System.out.println("主線程ID:"+Thread.currentThread().getId());
        MyThread thread1 = new MyThread("thread1");
        thread1.start();
        MyThread thread2 = new MyThread("thread2");
        thread2.run();
    }
}

class MyThread extends Thread{
    private String name;

    public MyThread(String name){
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("name:"+name+" 子線程ID:"+Thread.currentThread().getId());
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

image.png

從輸出結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

• 1）thread1和thread2的線程ID不同匠襟，thread2和主線程ID相同，說明通過run方法調(diào)用并不會(huì)創(chuàng)建新的線程该园，而是在主線程中直接運(yùn)行run方法酸舍，跟普通的方法調(diào)用沒有任何區(qū)別；

• 2）雖然thread1的start方法調(diào)用在thread2的run方法前面調(diào)用里初，但是先輸出的是thread2的run方法調(diào)用的相關(guān)信息啃勉，說明新線程創(chuàng)建的過程不會(huì)阻塞主線程的后續(xù)執(zhí)行。

實(shí)現(xiàn)Runnable接口

在Java中創(chuàng)建線程除了繼承Thread類之外双妨，還可以通過實(shí)現(xiàn)Runnable接口來實(shí)現(xiàn)類似的功能淮阐。實(shí)現(xiàn)Runnable接口必須重寫其run方法。
下面是一個(gè)例子：

public class Test {
    public static void main(String[] args)  {
        System.out.println("主線程ID："+Thread.currentThread().getId());
        MyRunnable runnable = new MyRunnable();
        Thread thread = new Thread(runnable);
        thread.start();
    }
} 
class MyRunnable implements Runnable{
    public MyRunnable() {
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("子線程ID："+Thread.currentThread().getId());
    }
}

Runnable的中文意思是“任務(wù)”刁品，顧名思義泣特，通過實(shí)現(xiàn)Runnable接口，我們定義了一個(gè)子任務(wù)哑诊，然后將子任務(wù)交由Thread去執(zhí)行群扶。注意，這種方式必須將Runnable作為Thread類的參數(shù)镀裤，然后通過Thread的start方法來創(chuàng)建一個(gè)新線程來執(zhí)行該子任務(wù)竞阐。如果調(diào)用Runnable的run方法的話，是不會(huì)創(chuàng)建新線程的暑劝，這根普通的方法調(diào)用沒有任何區(qū)別骆莹。

事實(shí)上，查看Thread類的實(shí)現(xiàn)源代碼會(huì)發(fā)現(xiàn)Thread類是實(shí)現(xiàn)了Runnable接口的担猛。

在Java中幕垦，這2種方式都可以用來創(chuàng)建線程去執(zhí)行子任務(wù)，具體選擇哪一種方式要看自己的需求傅联。直接繼承Thread類的話先改，可能比實(shí)現(xiàn)Runnable接口看起來更加簡潔，但是由于Java只允許單繼承蒸走，所以如果自定義類需要繼承其他類仇奶，則只能選擇實(shí)現(xiàn)Runnable接口。

使用ExecutorService比驻、Callable该溯、Future實(shí)現(xiàn)有返回結(jié)果的多線程

ExecutorService岛抄、Callable、Future這個(gè)對象實(shí)際上都是屬于Executor框架中的功能類狈茉。想要詳細(xì)了解Executor框架的可以訪問http://www.javaeye.com/topic/366591 夫椭，這里面對該框架做了很詳細(xì)的解釋。返回結(jié)果的線程是在JDK1.5中引入的新特征氯庆，確實(shí)很實(shí)用蹭秋，有了這種特征我就不需要再為了得到返回值而大費(fèi)周折了，而且即便實(shí)現(xiàn)了也可能漏洞百出点晴。

可返回值的任務(wù)必須實(shí)現(xiàn)Callable接口感凤，類似的悯周，無返回值的任務(wù)必須Runnable接口粒督。執(zhí)行Callable任務(wù)后，可以獲取一個(gè)Future的對象禽翼，在該對象上調(diào)用get就可以獲取到Callable任務(wù)返回的Object了屠橄，再結(jié)合線程池接口ExecutorService就可以實(shí)現(xiàn)傳說中有返回結(jié)果的多線程了。下面提供了一個(gè)完整的有返回結(jié)果的多線程測試?yán)尤虻玻贘DK1.5下驗(yàn)證過沒問題可以直接使用锐墙。代碼如下：

/**
* 有返回值的線程 
*/  
@SuppressWarnings("unchecked")  
public class Test {  
public static void main(String[] args) throws ExecutionException,  
    InterruptedException {  
   System.out.println("----程序開始運(yùn)行----");  
   Date date1 = new Date();  
  
   int taskSize = 5;  
   // 創(chuàng)建一個(gè)線程池  
   ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);  
   // 創(chuàng)建多個(gè)有返回值的任務(wù)  
   List<Future> list = new ArrayList<Future>();  
   for (int i = 0; i < taskSize; i++) {  
    Callable c = new MyCallable(i + " ");  
    // 執(zhí)行任務(wù)并獲取Future對象  
    Future f = pool.submit(c);  
    // System.out.println(">>>" + f.get().toString());  
    list.add(f);  
   }  
   // 關(guān)閉線程池  
   pool.shutdown();  
  
   // 獲取所有并發(fā)任務(wù)的運(yùn)行結(jié)果  
   for (Future f : list) {  
    // 從Future對象上獲取任務(wù)的返回值，并輸出到控制臺(tái)  
    System.out.println(">>>" + f.get().toString());  
   }  
  
   Date date2 = new Date();  
   System.out.println("----程序結(jié)束運(yùn)行----长酗，程序運(yùn)行時(shí)間【"  
     + (date2.getTime() - date1.getTime()) + "毫秒】");  
}  
}  
  
class MyCallable implements Callable<Object> {  
private String taskNum;  
  
MyCallable(String taskNum) {  
   this.taskNum = taskNum;  
}  
  
public Object call() throws Exception {  
   System.out.println(">>>" + taskNum + "任務(wù)啟動(dòng)");  
   Date dateTmp1 = new Date();  
   Thread.sleep(1000);  
   Date dateTmp2 = new Date();  
   long time = dateTmp2.getTime() - dateTmp1.getTime();  
   System.out.println(">>>" + taskNum + "任務(wù)終止");  
   return taskNum + "任務(wù)返回運(yùn)行結(jié)果,當(dāng)前任務(wù)時(shí)間【" + time + "毫秒】";  
}
}

代碼說明：
上述代碼中Executors類溪北，提供了一系列工廠方法用于創(chuàng)先線程池，返回的線程池都實(shí)現(xiàn)了ExecutorService接口夺脾。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
創(chuàng)建固定數(shù)目線程的線程池之拨。

public static ExecutorService newCachedThreadPool()
創(chuàng)建一個(gè)可緩存的線程池，調(diào)用execute 將重用以前構(gòu)造的線程（如果線程可用）咧叭。如果現(xiàn)有線程沒有可用的蚀乔，則創(chuàng)建一個(gè)新線程并添加到池中。終止并從緩存中移除那些已有 60 秒鐘未被使用的線程菲茬。

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
創(chuàng)建一個(gè)單線程化的Executor吉挣。

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
創(chuàng)建一個(gè)支持定時(shí)及周期性的任務(wù)執(zhí)行的線程池，多數(shù)情況下可用來替代Timer類婉弹。

ExecutoreService提供了submit()方法睬魂，傳遞一個(gè)Callable，或Runnable镀赌，返回Future氯哮。如果Executor后臺(tái)線程池還沒有完成Callable的計(jì)算，這調(diào)用返回Future對象的get()方法佩脊，會(huì)阻塞直到計(jì)算完成蛙粘。

線程的狀態(tài)

在正式學(xué)習(xí)Thread類中的具體方法之前垫卤，我們先來了解一下線程有哪些狀態(tài)，這個(gè)將會(huì)有助于后面對Thread類中的方法的理解出牧。

• 創(chuàng)建（new）狀態(tài): 準(zhǔn)備好了一個(gè)多線程的對象

• 就緒（runnable）狀態(tài): 調(diào)用了start()方法, 等待CPU進(jìn)行調(diào)度

• 運(yùn)行（running）狀態(tài): 執(zhí)行run()方法

• 阻塞（blocked）狀態(tài): 暫時(shí)停止執(zhí)行, 可能將資源交給其它線程使用

• 終止（dead）狀態(tài): 線程銷毀

當(dāng)需要新起一個(gè)線程來執(zhí)行某個(gè)子任務(wù)時(shí)穴肘，就創(chuàng)建了一個(gè)線程。但是線程創(chuàng)建之后舔痕，不會(huì)立即進(jìn)入就緒狀態(tài)评抚，因?yàn)榫€程的運(yùn)行需要一些條件（比如內(nèi)存資源，在前面的JVM內(nèi)存區(qū)域劃分一篇博文中知道程序計(jì)數(shù)器伯复、Java棧慨代、本地方法棧都是線程私有的，所以需要為線程分配一定的內(nèi)存空間）啸如，只有線程運(yùn)行需要的所有條件滿足了侍匙，才進(jìn)入就緒狀態(tài)。

當(dāng)線程進(jìn)入就緒狀態(tài)后叮雳，不代表立刻就能獲取CPU執(zhí)行時(shí)間想暗，也許此時(shí)CPU正在執(zhí)行其他的事情，因此它要等待帘不。當(dāng)?shù)玫紺PU執(zhí)行時(shí)間之后说莫，線程便真正進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。

線程在運(yùn)行狀態(tài)過程中寞焙，可能有多個(gè)原因?qū)е庐?dāng)前線程不繼續(xù)運(yùn)行下去储狭，比如用戶主動(dòng)讓線程睡眠（睡眠一定的時(shí)間之后再重新執(zhí)行）、用戶主動(dòng)讓線程等待捣郊，或者被同步塊給阻塞辽狈，此時(shí)就對應(yīng)著多個(gè)狀態(tài)：time waiting（睡眠或等待一定的事件）、waiting（等待被喚醒）模她、blocked（阻塞）稻艰。

當(dāng)由于突然中斷或者子任務(wù)執(zhí)行完畢，線程就會(huì)被消亡侈净。

下面這副圖描述了線程從創(chuàng)建到消亡之間的狀態(tài)：

image.png

在有些教程上將blocked尊勿、waiting、time waiting統(tǒng)稱為阻塞狀態(tài)畜侦，這個(gè)也是可以的元扔，只不過這里我想將線程的狀態(tài)和Java中的方法調(diào)用聯(lián)系起來，所以將waiting和time waiting兩個(gè)狀態(tài)分離出來旋膳。

注:sleep和wait的區(qū)別:

• sleep是Thread類的方法,wait是Object類中定義的方法.

• Thread.sleep不會(huì)導(dǎo)致鎖行為的改變, 如果當(dāng)前線程是擁有鎖的, 那么Thread.sleep不會(huì)讓線程釋放鎖.

• Thread.sleep和Object.wait都會(huì)暫停當(dāng)前的線程. OS會(huì)將執(zhí)行時(shí)間分配給其它線程. 區(qū)別是, 調(diào)用wait后, 需要?jiǎng)e的線程執(zhí)行notify/notifyAll才能夠重新獲得CPU執(zhí)行時(shí)間.

上下文切換

對于單核CPU來說（對于多核CPU澎语，此處就理解為一個(gè)核），CPU在一個(gè)時(shí)刻只能運(yùn)行一個(gè)線程，當(dāng)在運(yùn)行一個(gè)線程的過程中轉(zhuǎn)去運(yùn)行另外一個(gè)線程擅羞，這個(gè)叫做線程上下文切換（對于進(jìn)程也是類似）尸变。

由于可能當(dāng)前線程的任務(wù)并沒有執(zhí)行完畢，所以在切換時(shí)需要保存線程的運(yùn)行狀態(tài)减俏，以便下次重新切換回來時(shí)能夠繼續(xù)切換之前的狀態(tài)運(yùn)行召烂。舉個(gè)簡單的例子：比如一個(gè)線程A正在讀取一個(gè)文件的內(nèi)容，正讀到文件的一半娃承，此時(shí)需要暫停線程A奏夫，轉(zhuǎn)去執(zhí)行線程B，當(dāng)再次切換回來執(zhí)行線程A的時(shí)候历筝，我們不希望線程A又從文件的開頭來讀取酗昼。

因此需要記錄線程A的運(yùn)行狀態(tài)，那么會(huì)記錄哪些數(shù)據(jù)呢梳猪？因?yàn)橄麓位謴?fù)時(shí)需要知道在這之前當(dāng)前線程已經(jīng)執(zhí)行到哪條指令了麻削，所以需要記錄程序計(jì)數(shù)器的值，另外比如說線程正在進(jìn)行某個(gè)計(jì)算的時(shí)候被掛起了舔示，那么下次繼續(xù)執(zhí)行的時(shí)候需要知道之前掛起時(shí)變量的值時(shí)多少碟婆，因此需要記錄CPU寄存器的狀態(tài)电抚。所以一般來說惕稻，線程上下文切換過程中會(huì)記錄程序計(jì)數(shù)器、CPU寄存器狀態(tài)等數(shù)據(jù)蝙叛。

說簡單點(diǎn)的：對于線程的上下文切換實(shí)際上就是 存儲(chǔ)和恢復(fù)CPU狀態(tài)的過程俺祠，它使得線程執(zhí)行能夠從中斷點(diǎn)恢復(fù)執(zhí)行。

雖然多線程可以使得任務(wù)執(zhí)行的效率得到提升借帘，但是由于在線程切換時(shí)同樣會(huì)帶來一定的開銷代價(jià)蜘渣，并且多個(gè)線程會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)資源占用的增加，所以在進(jìn)行多線程編程時(shí)要注意這些因素肺然。

在Android平臺(tái)里蔫缸，UI線程與其子線程之分工是很明確的：

• 子線程負(fù)責(zé)執(zhí)行費(fèi)時(shí)的工作。
• 主線程負(fù)責(zé)UI的操作或事件际起；子線程不可以插手有關(guān)UI的事拾碌。
  在同一進(jìn)程里的主、子線程之間可以透過MessageQueue來互相溝通街望。當(dāng)一個(gè)新進(jìn)程新誕生時(shí)校翔，會(huì)同時(shí)誕生一個(gè)主線程，也替主線程建立一個(gè)MessageQueue灾前，以及負(fù)責(zé)管理MessageQueue的Looper類別之對象防症。子線程可以透過Handler對象而將Message對象丟(Post)到主線程的MessageQueue里，而主線程的Looper對象就會(huì)接到這個(gè)Message對象，并依據(jù)其內(nèi)容而呼叫適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)來處理蔫敲。