阿里资深架构师耗时半个月写的一篇数万字的多线程总结
在java中要想实现多线程，有两种手段，一种是继续Thread类，另外一种是实现Runable接口。
对于直接继承Thread的类来说，代码大致框架是：
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class 类名 extends Thread{
方法 1 ; 方法 2 ； … public void run(){
// other code… } 属性 1 ； 属性 2 ； … } |
先看一个简单的例子：
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/** * @author Rollen-Holt 继承Thread类,直接调用run方法 * */ class hello extends Thread {
public hello() {
} public hello(String name) {
this .name = name; } public void run() {
for ( int i = 0 ; i < 5 ; i++) {
System.out.println(name + "运行 " + i); } } public static void main(String[] args) {
hello h1= new hello( "A" ); hello h2= new hello( "B" ); h1.run(); h2.run(); } private String name; } |
【运行结果】：
A运行 0
A运行 1
A运行 2
A运行 3
A运行 4
B运行 0
B运行 1
B运行 2
B运行 3
B运行 4
我们会发现这些都是顺序执行的，说明我们的调用方法不对，应该调用的是start（）方法。
当我们把上面的主函数修改为如下所示的时候：
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public static void main(String[] args) {
hello h1= new hello( "A" ); hello h2= new hello( "B" ); h1.start(); h2.start(); } |
然后运行程序，输出的可能的结果如下：
A运行 0
B运行 0
B运行 1
B运行 2
B运行 3
B运行 4
A运行 1
A运行 2
A运行 3
A运行 4
因为需要用到CPU的资源，所以每次的运行结果基本是都不一样的，呵呵。
注意：虽然我们在这里调用的是start（）方法，但是实际上调用的还是run（）方法的主体。
那么：为什么我们不能直接调用run（）方法呢？
我的理解是：线程的运行需要本地操作系统的支持。
如果你查看start的源代码的时候，会发现：
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public synchronized void start() {
/** * This method is not invoked for the main method thread or "system" * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added * to this method in the future may have to also be added to the VM. * * A zero status value corresponds to state "NEW". */ if (threadStatus != 0 || this != me) throw new IllegalThreadStateException(); group.add( this ); start0(); if (stopBeforeStart) {
stop0(throwableFromStop); } } private native void start0(); |
注意我用红色加粗的那一条语句，说明此处调用的是start0（）。并且这个这个方法用了native关键字，次关键字表示调用本地操作系统的函数。因为多线程的实现需要本地操作系统的支持。
但是start方法重复调用的话，会出现java.lang.IllegalThreadStateException异常。
通过实现Runnable接口：
推荐观看
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大致框架是：
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class 类名 implements Runnable{
方法 1 ; 方法 2 ； … public void run(){
// other code… } 属性 1 ； 属性 2 ； … } |
来先看一个小例子吧：
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/** * @author Rollen-Holt 实现Runnable接口 * */ class hello implements Runnable {
public hello() {
} public hello(String name) {
this .name = name; } public void run() {
for ( int i = 0 ; i < 5 ; i++) {
System.out.println(name + "运行 " + i); } } public static void main(String[] args) {
hello h1= new hello( "线程A" ); Thread demo= new Thread(h1); hello h2= new hello( "线程Ｂ" ); Thread demo1= new Thread(h2); demo.start(); demo1.start(); } private String name; } |
【可能的运行结果】：
线程A运行 0
线程Ｂ运行 0
线程Ｂ运行 1
线程Ｂ运行 2
线程Ｂ运行 3
线程Ｂ运行 4
线程A运行 1
线程A运行 2
线程A运行 3
线程A运行 4
关于选择继承Thread还是实现Runnable接口？
其实Thread也是实现Runnable接口的：
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class Thread implements Runnable {
//… public void run() {
if (target != null ) {
target.run(); } } } |
其实Thread中的run方法调用的是Runnable接口的run方法。不知道大家发现没有，Thread和Runnable都实现了run方法，这种操作模式其实就是代理模式。关于代理模式，我曾经写过一个小例子呵呵，大家有兴趣的话可以看一下：https://www.geek-share.com/detail/2524658543.html
Thread和Runnable的区别：
如果一个类继承Thread，则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话，则很容易的实现资源共享。
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/** * @author Rollen-Holt 继承Thread类，不能资源共享 * */ class hello extends Thread {
public void run() {
for ( int i = 0 ; i < 7 ; i++) {
if (count > 0 ) {
System.out.println( "count= " + count--); } } } public static void main(String[] args) {
hello h1 = new hello(); hello h2 = new hello(); hello h3 = new hello(); h1.start(); h2.start(); h3.start(); } private int count = 5 ; } |
【运行结果】：
count= 5
count= 4
count= 3
count= 2
count= 1
count= 5
count= 4
count= 3
count= 2
count= 1
count= 5
count= 4
count= 3
count= 2
count= 1
大家可以想象，如果这个是一个买票系统的话，如果count表示的是车票的数量的话，说明并没有实现资源的共享。
我们换为Runnable接口
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class MyThread implements Runnable{
private int ticket = 5 ; //5张票 public void run() {
for ( int i= 0 ; i<= 20 ; i++) {
if ( this .ticket > 0 ) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "正在卖票" + this .ticket--); } } } } public class lzwCode {
public static void main(String [] args) {
MyThread my = new MyThread(); new Thread(my, "1号窗口" ).start(); new Thread(my, "2号窗口" ).start(); new Thread(my, "3号窗口" ).start(); } } |
【运行结果】：
count= 5
count= 4
count= 3
count= 2
count= 1
总结一下吧：
实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：
1）：适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源
2）：可以避免java中的单继承的限制
3）：增加程序的健壮性，代码可以被多个线程共享，代码和数据独立。
所以，本人建议大家劲量实现接口。
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/** * @author Rollen-Holt * 取得线程的名称 * */ class hello implements Runnable {
public void run() {
for ( int i = 0 ; i < 3 ; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()); } } public static void main(String[] args) {
hello he = new hello(); new Thread(he, "A" ).start(); new Thread(he, "B" ).start(); new Thread(he).start(); } } |
【运行结果】：
A
A
A
B
B
B
Thread-0
Thread-0
Thread-0
说明如果我们没有指定名字的话，系统自动提供名字。
提醒一下大家：main方法其实也是一个线程。在java中所以的线程都是同时启动的，至于什么时候，哪个先执行，完全看谁先得到CPU的资源。
在java中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程，一个是垃圾收集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个ＪＶＭ，每一个ｊＶＭ实习在就是在操作系统中启动了一个进程。
判断线程是否启动
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/** * @author Rollen-Holt 判断线程是否启动 * */ class hello implements Runnable {
public void run() {
for ( int i = 0 ; i < 3 ; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()); } } public static void main(String[] args) {
hello he = new hello(); Thread demo = new Thread(he); System.out.println( "线程启动之前---》" + demo.isAlive()); demo.start(); System.out.println( "线程启动之后---》" + demo.isAlive()); } } |
【运行结果】
线程启动之前---》false
线程启动之后---》true
Thread-0
Thread-0
Thread-0
主线程也有可能在子线程结束之前结束。并且子线程不受影响，不会因为主线程的结束而结束。
线程的强制执行：
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/** * @author Rollen-Holt 线程的强制执行 * */ class hello implements Runnable {
public void run() {
for ( int i = 0 ; i < 3 ; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()); } } public static void main(String[] args) {
hello he = new hello(); Thread demo = new Thread(he, "线程" ); demo.start(); for ( int i= 0 ;i< 50 ;++i){
if (i> 10 ){
try {
demo.join(); //强制执行demo } catch (Exception e) {
e.printStackTrace(); } } System.out.println( "main 线程执行-->" +i); } } } |
【运行的结果】：
main 线程执行-->0
main 线程执行-->1
main 线程执行-->2
main 线程执行-->3
main 线程执行-->4
main 线程执行-->5
main 线程执行-->6
main 线程执行-->7
main 线程执行-->8
main 线程执行-->9
main 线程执行-->10
线程
线程
线程
main 线程执行-->11
main 线程执行-->12
main 线程执行-->13
．．．
线程的休眠：
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/** * @author Rollen-Holt 线程的休眠 * */ class hello implements Runnable {
public void run() {
for ( int i = 0 ; i < 3 ; i++) {
try {
Thread.sleep( 2000 ); } catch (Exception e) {
e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + i); } } public static void main(String[] args) {
hello he = new hello(); Thread demo = new Thread(he, "线程" ); demo.start(); } } |
【运行结果】：（结果每隔2s输出一个）
线程0
线程1
线程2
线程的中断：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 |
/** * @author Rollen-Holt 线程的中断 * */ class hello implements Runnable {
public void run() {
System.out.println( "执行run方法" ); try {
Thread.sleep( 10000 ); System.out.println( "线程完成休眠" ); } catch (Exception e) {
System.out.println( "休眠被打断" ); return ; //返回到程序的调用处 } System.out.println( "线程正常终止" ); } public static void main(String[] args) {
hello he = new hello(); Thread demo = new Thread(he, "线程" ); demo.start(); try {
Thread.sleep( 2000 ); } catch (Exception e) {
e.printStackTrace(); } demo.interrupt(); //2s后中断线程 } } |
【运行结果】：
执行run方法
休眠被打断
在java程序中，只要前台有一个线程在运行，整个java程序进程不会小时，所以此时可以设置一个后台线程，这样即使java进程小时了，此后台线程依然能够继续运行。
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/** * @author Rollen-Holt 后台线程 * */ class hello implements Runnable {
public void run() {
while ( true ) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在运行" ); } } public static void main(String[] args) {
hello he = new hello(); Thread demo = new Thread(he, "线程" ); demo.setDaemon( true ); demo.start(); } } |
虽然有一个死循环，但是程序还是可以执行完的。因为在死循环中的线程操作已经设置为后台运行了。
线程的优先级：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 |
/** * @author Rollen-Holt 线程的优先级 * */ class hello implements Runnable {
public void run() {
for ( int i= 0 ;i< 5 ;++i){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "运行" +i); } } public static void main(String[] args) {
Thread h1= new Thread( new hello(), "A" ); Thread h2= new Thread( new hello(), "B" ); 20000 Thread h3= new Thread( new hello(), "C" ); h1.setPriority( 8 ); h2.setPriority( 2 ); h3.setPriority( 6 ); h1.start(); h2.start(); h3.start(); } } |
【运行结果】：
A运行0
A运行1
A运行2
A运行3
A运行4
B运行0
C运行0
C运行1
C运行2
C运行3
C运行4
B运行1
B运行2
B运行3
B运行4
。但是请读者不要误以为优先级越高就先执行。谁先执行还是取决于谁先去的CPU的资源、
另外，主线程的优先级是5.
线程的礼让。
在线程操作中，也可以使用yield（）方法，将一个线程的操作暂时交给其他线程执行。
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 |
/** * @author Rollen-Holt 线程的优先级 * */ class hello implements Runnable {
public void run() {
for ( int i= 0 ;i< 5 ;++i){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "运行" +i); if (i== 3 ){
System.out.println( "线程的礼让" ); Thread.currentThread().yield(); } } } public static void main(String[] args) {
Thread h1= new Thread( new hello(), "A" ); Thread h2= new Thread( new hello(), "B" ); h1.start(); h2.start(); } } |
A运行0
A运行1
A运行2
A运行3
线程的礼让
A运行4
B运行0
B运行1
B运行2
B运行3
线程的礼让
B运行4
同步和死锁：
【问题引出】:比如说对于买票系统，有下面的代码：
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/** * @author Rollen-Holt * */ class hello implements Runnable {
public void run() {
for ( int i= 0 ;i< 10 ;++i){
if (count> 0 ){
try {
Thread.sleep( 1000 ); } catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace(); } System.out.println(count--); } } } public static void main(String[] args) {
hello he= new hello(); Thread h1= new Thread(he); Thread h2= new Thread(he); Thread h3= new Thread(he); h1.start(); h2.start(); h3.start(); } private int count= 5 ; } |
【运行结果】：
5
4
3
2
1
0
-1
这里出现了-1，显然这个是错的。，应该票数不能为负值。
如果想解决这种问题，就需要使用同步。所谓同步就是在统一时间段中只有有一个线程运行，
其他的线程必须等到这个线程结束之后才能继续执行。
【使用线程同步解决问题】
采用同步的话，可以使用同步代码块和同步方法两种来完成。
【同步代码块】：
语法格式：
synchronized（同步对象）{
//需要同步的代码
}
但是一般都把当前对象this作为同步对象。
比如对于上面的买票的问题，如下：
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/** * @author Rollen-Holt * */ class hello implements Runnable {
public void run() {
for ( int i= 0 ;i< 10 ;++i){
synchronized ( this ) {
if (count> 0 ){
try {
Thread.sleep( 1000 ); } catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace(); } System.out.println(count--); } } } } public static void main(String[] args) {
hello he= new hello(); Thread h1= new Thread(he); Thread h2= new Thread(he); Thread h3= new Thread(he); h1.start(); h2.start(); h3.start(); } private int count= 5 ; } |
【运行结果】：（每一秒输出一个结果）
5
4
3
2
1
【同步方法】
也可以采用同步方法。
语法格式为synchronized 方法返回类型方法名（参数列表）{
// 其他代码
}
现在，我们采用同步方法解决上面的问题。
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/** * @author Rollen-Holt * */ class hello implements Runnable {
public void run() {
for ( int i = 0 ; i < 10 ; ++i) {
sale(); } } public synchronized void sale() {
if (count > 0 ) {
try {
Thread.sleep( 1000 ); } catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace(); } System.out.println(count--); } } public static void main(String[] args) {
hello he = new hello(); Thread h1 = new Thread(he); Thread h2 = new Thread(he); Thread h3 = new Thread(he); h1.start(); h2.start(); h3.start(); } private int count = 5 ; } |
【运行结果】（每秒输出一个）
5
4
3
2
1
提醒一下，当多个线程共享一个资源的时候需要进行同步，但是过多的同步可能导致死锁。
此处列举经典的生产者和消费者问题。
【生产者和消费者问题】
先看一段有问题的代码。
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class Info {
public String getName() {
return name; } public void setName(String name) {
this .name = name; } public int getAge() {
return age; } public void setAge( int age) {
this .age = age; } private String name = "Rollen" ; private int age = 20 ; } /** * 生产者 * */ class Producer implements Runnable{
private Info info= null ; Producer(Info info){
this .info=info; } public void run(){
boolean flag= false ; for ( int i= 0 ;i< 25 ;++i){
if (flag){
this .info.setName( "Rollen" ); try {
Thread.sleep( 100 ); } catch (Exception e) {
e.printStackTrace(); } this .info.setAge( 20 ); flag= false ; } else {
this .info.setName( "chunGe" ); try {
Thread.sleep( 100 ); } catch (Exception e) {
e.printStackTrace(); } this .info.setAge( 100 ); flag= true ; } } } } /** * 消费者类 * */ class Consumer implements Runnable{
private Info info= null ; public Consumer(Info info){
this .info=info; } public void run(){
for ( int i= 0 ;i< 25 ;++i){
try {
Thread.sleep( 100 ); } catch (Exception e) {
e.printStackTrace(); } System.out.println( this .info.getName()+ "<---->" + this .info.getAge()); } } } /** * 测试类 * */ class hello{
public static void main(String[] args) {
Info info= new Info(); Producer pro= new Producer(info); Consumer con= new Consumer(info); new Thread(pro).start(); new Thread(con).start(); } } |
【运行结果】：
Rollen<---->100
chunGe<---->20
chunGe<---->100
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
Rollen<---->100
Rollen<---->100
chunGe<---->20
chunGe<---->20
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
chunGe<---->20
大家可以从结果中看到，名字和年龄并没有对于。
那么如何解决呢？
1）加入同步
2）加入等待和唤醒
先来看看加入同步会是如何。
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class Info {
public String getName() {
return name; } public void setName(String name) {
this .name = name; } public int getAge() {
return age; } public void setAge( int age) {
this .age = age; } public synchronized void set(String name, int age){
this .name=name; try {
Thread.sleep( 100 ); } catch (Exception e) {
e.printStackTrace(); } this .age=age; } public synchronized void get(){
try {
Thread.sleep( 100 ); } catch (Exception e) {
e.printStackTrace(); } System.out.println( this .getName()+ "<===>" + this .getAge()); } private String name = "Rollen" ; private int age = 20 ; } /** * 生产者 * */ class Producer implements Runnable {
private Info info = null ; Producer(Info info) {
this .info = info; } public void run() {
boolean flag = false ; for ( int i = 0 ; i < 25 ; ++i) {
if (flag) {
this .info.set( "Rollen" , 20 ); flag = false ; } else {
this .info.set( "ChunGe" , 100 ); flag = true ; } } } } /** * 消费者类 * */ class Consumer implements Runnable {
private Info info = null ; public Consumer(Info info) {
this .info = info; } public void run() {
for ( int i = 0 ; i < 25 ; ++i) {
try {
Thread.sleep( 100 ); } catch (Exception e) {
e.printStackTrace(); } this .info.get(); } } } /** * 测试类 * */ class hello {
public static void main(String[] args) {
Info info = new Info(); Producer pro = new Producer(info); Consumer con = new Consumer(info); new Thread(pro).start(); new Thread(con).start(); } } |
【运行结果】：
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
从运行结果来看，错乱的问题解决了，现在是Rollen 对应20，ChunGe对于100
，但是还是出现了重复读取的问题，也肯定有重复覆盖的问题。如果想解决这个问题，就需要使用Object类帮忙了、
，我们可以使用其中的等待和唤醒操作。
要完成上面的功能，我们只需要修改Info类饥渴，在其中加上标志位，并且通过判断标志位完成等待和唤醒的操作，代码如下：
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class Info {
public String getName() {
return name; } public void setName(String name) {
this .name = name; } public int getAge() {
return age; } public void setAge( int age) {
this .age = age; } public synchronized void set(String name, int age){
if (!flag){
try {
super .wait(); } catch (Exception e) {
e.printStackTrace(); } } this .name=name; try {
Thread.sleep( 100 ); } catch (Exception e) {
e.printStackTrace(); } this .age=age; flag= false ; super .notify(); } public synchronized void get(){
if (flag){
try {
super .wait(); } catch (Exception e) {
e.printStackTrace(); } } try {
Thread.sleep( 100 ); } catch (Exception e) {
e.printStackTrace(); } System.out.println( this .getName()+ "<===>" + this .getAge()); flag= true ; super .notify(); } private String name = "Rollen" ; private int age = 20 ; private boolean flag= false ; } /** * 生产者 * */ class Producer implements Runnable {
private Info info = null ; Producer(Info info) {
this .info = info; } public void run() {
boolean flag = false ; for ( int i = 0 ; i < 25 ; ++i) {
if (flag) {
this .info.set( "Rollen" , 20 ); flag = false ; } else {
this .info.set( "ChunGe" , 100 ); flag = true ; } } } } /** * 消费者类 * */ class Consumer implements Runnable {
private Info info = null ; public Consumer(Info info) {
this .info = info; } public void run() {
for ( int i = 0 ; i < 25 ; ++i) {
try {
Thread.sleep( 100 ); } catch (Exception e) {
e.printStackTrace(); } this .info.get(); } } } /** * 测试类 * */ class hello {
public static void main(String[] args) {
Info info = new Info(); Producer pro = new Producer(info); Consumer con = new Consumer(info); new Thread(pro).start(); new Thread(con).start(); } } |
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【程序运行结果】： Rollen<===> 20 ChunGe<===> 100 Rollen<===> 20 ChunGe<===> 100 Rollen<===> 20 ChunGe<===> 100 Rollen<===> 20 ChunGe<===> 100 Rollen<===>
ChunGe<===> 100 Rollen<===> 20 ChunGe<===> 100 Rollen<===> 20 ChunGe<===> 100 Rollen<===> 20 ChunGe<===> 100 Rollen<===> 20 ChunGe<===> 100 Rollen<===> 20 ChunGe<===> 100 Rollen<===> 20 ChunGe<===> 100 Rollen<===> 20 ChunGe<===> 100 Rollen<===> 20 先在看结果就可以知道，之前的问题完全解决。 |
《完
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PS（写在后面）：
本人深知学的太差，所以希望大家能多多指点。另外，关于多线程其实有很多的知识，由于目前我也就知道的不太多，写了一些常用的。虽然在操作系统这门课上学了很多的线程和进程，比如银行家算法等等的，以后有时间在补充，大家有什么好资料可以留个言，大家一起分享
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