前言：雖然工作了三年，但是幾乎沒有使用到多線程之類的內(nèi)容。這其實(shí)是工作與學(xué)習(xí)的矛盾。我們在公司上班，很多時(shí)候都只是在處理業(yè)務(wù)代碼，很少接觸底層技術(shù)。
可是你不可能一輩子都寫業(yè)務(wù)代碼，而且跳槽之后新單位很可能有更高的技術(shù)要求。除了干巴巴地翻書，我們可以通過兩個(gè)方式來解決這個(gè)問題：一是做業(yè)余項(xiàng)目，例如在github上傳自己的demo，可以實(shí)際使用；二是把自己的學(xué)習(xí)心得寫成博客，跟同行們互相交流。
3.1 線程的初窺門徑
我們在之前的文章里提到的程序其實(shí)都是單線程程序，也就說啟動(dòng)的程序從main()程序進(jìn)入點(diǎn)開始到結(jié)束只有一個(gè)流程。然而，有時(shí)候我們設(shè)計(jì)的程序需要有多個(gè)流程，也就是所謂的多線程(Multi-thread)程序。
我們可以通過一個(gè)龜兔賽跑的游戲開始學(xué)習(xí)單線程和多線程的區(qū)別。烏龜和兔子賽跑，起點(diǎn)到終點(diǎn)為10米，每經(jīng)過一秒，烏龜會(huì)前進(jìn)0.1米；兔子可能前進(jìn)1米或睡覺。如果使用單線程，我們可以這樣設(shè)計(jì)：
1 /**
2 * 線程實(shí)驗(yàn)用例
3 */
4 public class TortoiseHareRace {
5 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
6 float totalLength = 10;
7 float tortoiseLength = 0;
8 float hareLength = 0;
9 System.out.println("龜兔賽跑大賽，開始！");
10 while(tortoiseLength < totalLength && hareLength < totalLength) {
11 Thread.sleep(1000);
12 tortoiseLength += 0.1;
13 System.out.println("烏龜跑了 " + tortoiseLength + " 米...");
14 boolean isHareSleep = Math.random()*10 < 9;
15 if(isHareSleep) {
16 System.out.println("兔子睡著了zzzz");
17 } else {
18 hareLength ++;
19 System.out.println("兔子跑了 " + hareLength + " 米...");
20 }
21 }
22 }
23 }
這個(gè)程序里面只有一個(gè)流程，就是從main()方法開始到結(jié)束的流程。要讓目前流程暫停指定時(shí)間，可以使用java.lang.Thread的靜態(tài)sleep()方法，單位是毫秒。調(diào)用這個(gè)方法必須處理java.lang.InterruptedException,在這里直接在main()中聲明 throws，由JVM來處理此異常。
每次暫停一秒后，tortoiseLength遞增0.1，表示烏龜向前爬了0.1米，兔子則可能有百分之90的可能性睡覺。如果不睡覺，hareLength會(huì)遞增1，表示兔子向前蹦了1米。只要他們?nèi)我庖粋€(gè)跑了10米，表示到達(dá)終點(diǎn)，分出勝負(fù)比賽結(jié)束。
由于程序只有一個(gè)流程，所以每次只能先讓烏龜先跑再讓兔子跑，這就很不公平（如果倒過來，也是不公平）。如果程序里再有兩個(gè)流程，一個(gè)是烏龜在跑，一個(gè)是兔子在跑，是不是程序邏輯會(huì)更加合理和清晰呢？
在Java中，如果想在main()以外獨(dú)立設(shè)計(jì)流程，可以實(shí)現(xiàn)java.lang.Runnable接口，流程的進(jìn)入點(diǎn)是在run()方法里面。例如，我們可以這樣設(shè)計(jì)烏龜?shù)牧鞒蹋?nbsp;
1 /**
2 * 烏龜線程
3 */
4 public class Tortoise implements Runnable{
5 private float totalLength;
6 private float length;
7
8 public Tortoise(float totalLength) {
9 this.totalLength = totalLength;
10 }
11
12 @Override
13 public void run() {
14 try {
15 while(length < totalLength) {
16 Thread.sleep(1000);
17 length += 0.1;
18 System.out.println("烏龜跑了 " + length + " 米...");
19 }
20 } catch (InterruptedException ex) {
21 throw new RuntimeException(ex);
22 }
23 }
24 }
在Tortoise類中，烏龜?shù)牧鞒虝?huì)從run()開始。在這個(gè)流程里，代碼只需要專心負(fù)責(zé)烏龜每秒爬0.1米就可以了，不用夾雜兔子的動(dòng)作。同樣地，我們可以類似地設(shè)計(jì)兔子的流程：
1 /**
2 * 兔子線程
3 */
4 public class Hare implements Runnable{
5 private float totalLength;
6 private float length;
7
8 public Hare(int totalLength) {
9 this.totalLength = totalLength;
10 }
11
12 @Override
13 public void run () {
14 try {
15 while(length < totalLength) {
16 Thread.sleep(1000);
17 boolean isHareSleep = Math.random()*10 < 9;
18 if(isHareSleep) {
19 System.out.println("兔子睡著了zzzz");
20 } else {
21 length ++;
22 System.out.println("兔子跑了 " + length + " 米...");
23 }
24 }
25 } catch (InterruptedException ex) {
26 throw new RuntimeException(ex);
27 }
28 }
29 }
在Java中，從main()方法開始的流程會(huì)由主線程（Main Thread）來跑。那么剛才設(shè)計(jì)的兔子線程和烏龜線程，應(yīng)該讓誰來執(zhí)行呢？我們可以通過創(chuàng)建Thread對象的方法來執(zhí)行Runnable對象定義的run()方法，例如：
1 /**
2 * 龜兔賽跑主線程
3 */
4 public class TortoiseHare2 {
5 public static void main(String[] args) {
6 Tortoise tortoise = new Tortoise(10);
7 Hare hare = new Hare(10);
8 Thread tortoiseThread = new Thread(tortoise);
9 Thread hareThread = new Thread(hare);
10 tortoiseThread.start();
11 hareThread.start();
12 }
13 }
要記住，在創(chuàng)建Thread對象之前，必須確保實(shí)例化的參數(shù)實(shí)現(xiàn)了Runnable接口，并且要在之后執(zhí)行start()方法，以下是其中一個(gè)執(zhí)行結(jié)果：
我們都在學(xué)校里學(xué)習(xí)過線程的概念，但這都只是邏輯上的認(rèn)識(shí)，并不代表我們已經(jīng)完全掌握其實(shí)際內(nèi)容。通過做實(shí)驗(yàn)的方式，我們寫了代碼，引入了耳熟能詳?shù)膬和适?，加深認(rèn)識(shí)的同時(shí)也增強(qiáng)了記憶。
3.2繼承父類 or 實(shí)現(xiàn)接口
從抽象觀點(diǎn)與開發(fā)者的角度來看，JVM是臺(tái)虛擬計(jì)算機(jī)，只安裝了一顆被稱為主線程的CPU，可執(zhí)行main()定義的執(zhí)行流程。如果想要為JVM加裝CPU，就是創(chuàng)建Thread實(shí)例，要啟動(dòng)額外CPU就是調(diào)用Thread實(shí)例的start()方法。額外CPU執(zhí)行流程的進(jìn)入點(diǎn)，可以定義在Runnable接口的run()方法里面。
當(dāng)然了，實(shí)際上JVM啟動(dòng)之后并不只有一個(gè)主線程，還有垃圾收集、內(nèi)存管理等線程，不過這是底層機(jī)制。我們暫時(shí)不用理會(huì)。
除了將流程定義在Runnable的run()方法之外，還有另外一個(gè)使用多線程的方法，就是繼承Thread類，重新定義run()方法。例如我們可以這樣的改寫烏龜流程：
1 /**
2 * 烏龜?shù)木€程
3 */
4 public class Tortoise extends Thread{ //繼承Thread類
5 private float totalLength;
6 private float length;
7
8 public Tortoise(float totalLength) {
9 this.totalLength = totalLength;
10 }
11
12 @Override
13 public void run() {
14 try {
15 while(length < totalLength) {
16 Thread.sleep(1000);
17 length += 0.1;
18 System.out.println("烏龜跑了 " + length + " 米...");
19 }
20 } catch (InterruptedException ex) {
21 throw new RuntimeException(ex);
22 }
23 }
24 }
由于大部分代碼都一樣，所以就不再把整個(gè)demo重新貼出來一遍了。但還是建議各位朋友，尤其是初學(xué)者們，千萬要自己動(dòng)手改一改，看看兩種寫法到底有什么不同。
在Java中，任何線程可執(zhí)行的流程都要定義在Runnable的run()方法。事實(shí)上，Thread類本身也實(shí)現(xiàn)了Runnable接口，從JDK源碼當(dāng)中我們可以看到：
1 /**
2 * If this thread was constructed using a separate
3 * <code>Runnable</code> run object, then that
4 * <code>Runnable</code> object's <code>run</code> method is called;
5 * otherwise, this method does nothing and returns.
6 * <p>
7 * Subclasses of <code>Thread</code> should override this method.
8 *
9 * @see #start()
10 * @see #stop()
11 * @see #Thread(ThreadGroup, Runnable, String)
12 */
13 @Override
14 public void run() {
15 if (target != null) {
16 target.run();
17 }
18 }
了解完兩種多線程的實(shí)現(xiàn)方法之后，我們會(huì)有一個(gè)疑問：到底是實(shí)現(xiàn)Runnable()好呢，還是直接繼承Thread類更好？這就要根據(jù)具體情況具體分析了。
實(shí)現(xiàn)接口的好處是靈活，這個(gè)類還可以繼承其他類。如果你想要直接利用Thread中定義的某些特定方法，那就可以考慮直接繼承Thread類。要想做到靈活應(yīng)用，這就要求開發(fā)者足夠了解這些接口和類。沒有別的捷徑，就是多看API說明文檔和多閱讀JDK源代碼。
3.3 線程的生命周期
有一個(gè)古老的謎語，說是有一種動(dòng)物，早上是四條腿，中午就成了兩條腿，到了傍晚卻是三條腿。我們大家都知道，謎底就是人。
從小孩到長大成人，再到衰老死亡，這就是我們?nèi)祟惖纳芷?。線程也是一樣，從創(chuàng)建到開始，再到最后的結(jié)束。理解人類的生命周期，有助于我們更好地認(rèn)識(shí)自己，規(guī)劃自己的人生。熟悉線程的生命周期，則會(huì)對我們使用線程有莫大的幫助。
線程的生命周期相當(dāng)復(fù)雜，我們將會(huì)從最簡單的開始講起。
3.3.1 Daemon線程
Daemon，本義是守護(hù)神的意思，在希臘神話里是半人半神的精靈。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，daemon已經(jīng)是一個(gè)專業(yè)術(shù)語，我們可以理解成守護(hù)進(jìn)程或守護(hù)線程。
大人物出現(xiàn)活動(dòng)，如果他不離場，安保人員是不可能會(huì)撤離的。Java中的守護(hù)進(jìn)程也一樣，如果主線程中啟動(dòng)了額外線程，默認(rèn)會(huì)等待被啟動(dòng)的所有線程都執(zhí)行完run()方法之后才中止JVM。如果一個(gè)Thread被標(biāo)識(shí)為Daemon線程，那么在所有的非Daemon線程都結(jié)束時(shí)，它也會(huì)被JVM自動(dòng)終止。
從main()方法開始的就是一個(gè)非Daemon線程。我們可以使用setDaemon()方法來設(shè)定一個(gè)線程是否屬于Daemon線程。下面是一個(gè)非常簡單的demo，實(shí)驗(yàn)的時(shí)候你可以試著取消setDaemon()那行代碼的注釋，看看會(huì)有什么不同，為什么：
1 /**
2 * Daemon實(shí)驗(yàn)用例
3 */
4 public class DaemonDemo {
5 public static void main(String[] args) {
6 Thread thread = new Thread() {
7 public void run() {
8 while(true) {
9 System.out.println("run...");
10 }
11 }
12 };
13 //thread.setDaemon(true); //把線程設(shè)定為Daemon線程
14 thread.start();
15 }
16 }
如果沒有使用setDaemon()方法設(shè)定為true，上面這個(gè)程序就會(huì)不會(huì)輸出“run...”，永遠(yuǎn)不會(huì)自動(dòng)終止?？墒侨绻坏⑵湓O(shè)置為Daemon線程，在其啟動(dòng)的一瞬間就會(huì)被終止，甚至連一句輸出都沒有。
有趣的是，默認(rèn)所有從Daemon線程產(chǎn)生的線程也是Daemon線程。其實(shí)這也不難理解，因?yàn)榛旧蟻碚f由一個(gè)后臺(tái)服務(wù)線程衍生出來的線程，也應(yīng)該是為了在后臺(tái)服務(wù)而產(chǎn)生的，所以在產(chǎn)生它的線程停止時(shí)，也應(yīng)該一并跟著停止。
3.3.2 線程狀態(tài)圖
在看過最簡單的線程生命周期之后，我們再來看復(fù)雜一點(diǎn)的。調(diào)用Thread對象的start()方法之后，該線程的基本狀態(tài)基本可以分為三種：可執(zhí)行(Runnable)、別阻斷(Blocked)、執(zhí)行中(Running)。
三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移一兩句話說不清楚，我們可以借助狀態(tài)圖來幫助我們理解：
我們可以一邊對照著上面這幅圖，一邊看接下來的講述。實(shí)例化Thread并執(zhí)行start()方法之后，線程就會(huì)進(jìn)入Runnable狀態(tài)。這個(gè)時(shí)候線程并沒有真正開始執(zhí)行run()方法，必須等待排班器(Scheduler)排入CPU執(zhí)行，線程才會(huì)跑run()方法，這就進(jìn)入了Running狀態(tài)。
線程有優(yōu)先權(quán)重，可以使用Thread的setPriority()方法來設(shè)定優(yōu)先權(quán)。設(shè)定的范圍是1（Thread.MIN_PRIORITY)到 10（Thread.MAX_+PRIORITY)，默認(rèn)是5（Thread.NORM_PRIORITY)。數(shù)字越大優(yōu)先權(quán)越高，調(diào)度器越有限排入CPU，也就是越優(yōu)先進(jìn)入Running狀態(tài)。如果優(yōu)先權(quán)相同，則輪流執(zhí)行（Round-robin)。
有幾種情況會(huì)讓線程進(jìn)入Blocked狀態(tài)，例如前面調(diào)用過的Thread.sleep()方法，又例如等待輸入輸出等等。我們之所以要運(yùn)用多線程，就是要讓當(dāng)前線程進(jìn)入Blocked狀態(tài)的時(shí)候讓另一線程排入CPU執(zhí)行，即進(jìn)入Running狀態(tài)，避免CPU無謂的空閑。這就是我們常用的，用來改進(jìn)性能的方式之一。
下面我們可以用一個(gè)下載網(wǎng)頁的demo來進(jìn)行測試，看看不使用多線程時(shí)需要花費(fèi)多長時(shí)間：
1 import java.net.URL;
2 import java.io.*;
3 import java.util.Date;
4
5 /**
6 * 單線程實(shí)驗(yàn)用例
7 */
8 public class Download {
9 public static void main(String[] args) throws Exception {
10 URL[] urls = {
11 new URL("http://www.cnblogs.com/levenyes/p/7117559.html"),
12 new URL("http://www.cnblogs.com/levenyes/p/7120267.html"),
13 new URL("http://www.cnblogs.com/levenyes/p/7145214.html"),
14 new URL("http://www.cnblogs.com/levenyes/p/7163843.html")
15 };
16
17 String[] fileNames = {
18 "file1.html",
19 "file2.html",
20 "file3.html",
21 "file4.html"
22 };
23 Date begin = new Date();
24 for(int i = 0 ; i < urls.length; i++) {
25 dump(urls[i].openStream(), new FileOutputStream(fileNames[i]));
26 }
27 Date end = new Date();
28 System.out.println(end.getTime() - begin.getTime());
29 }
30
31 private static void dump(InputStream src, OutputStream dest) throws IOException {
32 try (InputStream input = src; OutputStream output = dest) {
33 byte[] data = new byte[1024];
34 int length = -1;
35 while((length = input.read(data)) != -1) {
36 output.write(data, 0, length);
37 }
38 }
39 }
40 }
每一次for循環(huán)時(shí)，會(huì)先開啟網(wǎng)絡(luò)鏈接、進(jìn)行HTTP請求，然后再進(jìn)行文檔寫入等等。在等待網(wǎng)絡(luò)鏈接、HTTP協(xié)議時(shí)很耗時(shí)，這就意味著進(jìn)入Blocked的時(shí)間相當(dāng)長。因?yàn)槭菃尉€程，所以必須等第一個(gè)網(wǎng)頁下載完了之后才能下載第二個(gè)，如此類推。
因?yàn)槭艿骄W(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不穩(wěn)定的影響，有的時(shí)候可能會(huì)比較快，有的時(shí)候會(huì)比較慢。經(jīng)過多次測試，大概的耗時(shí)為400毫秒。
如果我們可以在下載第一個(gè)網(wǎng)頁遇到等待時(shí)就開始下載其他網(wǎng)頁，這樣會(huì)不會(huì)讓速度加快許多呢？例如下面這個(gè)demo:
1 import java.net.URL;
2 import java.io.*;
3 import java.util.Date;
4
5 /**
6 * 多線程實(shí)驗(yàn)用例
7 */
8 public class Download {
9 public static void main(String[] args) throws Exception {
10 final URL[] urls = {
11 new URL("http://www.cnblogs.com/levenyes/p/7117559.html"),
12 new URL("http://www.cnblogs.com/levenyes/p/7120267.html"),
13 new URL("http://www.cnblogs.com/levenyes/p/7145214.html"),
14 new URL("http://www.cnblogs.com/levenyes/p/7163843.html")
15 };
16
17 final String[] fileNames = {
http://www.cnblogs.com/levenyes/p/7211461.html延伸閱讀
- 學(xué)習(xí)、實(shí)踐。再學(xué)習(xí)，再實(shí)踐 2023-04-15
- 第一次在團(tuán)隊(duì)中擔(dān)當(dāng)組織者 2023-04-15
- 從0到0.5，堅(jiān)持學(xué)習(xí) 2022-09-08
- 來萬碼學(xué)習(xí)，是我最正確的選擇 2022-09-07
- 云筆記 2022-07-13
- 命名過程中的趣事 2022-07-12
- 在有限中追求無限的可能 2022-06-26
- 學(xué)習(xí)與實(shí)踐 2022-06-24
- 學(xué)習(xí)——工作——再學(xué)習(xí) 2021-06-01
- 不斷學(xué)習(xí)，才能不斷進(jìn)步 2021-05-19
學(xué)習(xí)、實(shí)踐。再學(xué)習(xí)，再實(shí)踐