Java 多线程编程教程

Java 提供了丰富的多线程编程支持，帮助开发者编写高效的程序来充分利用 CPU 的资源。本文将详细介绍 Java 多线程编程的基本概念、线程的生命周期、线程的优先级、线程的创建方法、以及一些重要的线程控制方法。

1. 基本概念

进程：一个进程包含由操作系统分配的内存空间，包含一个或多个线程。
线程：线程是一个动态执行的过程，一个进程中可以并发多个线程。

2. 线程的生命周期

一个线程的生命周期包括以下几个阶段：

新建状态：通过 new 关键字创建一个线程对象后，线程处于新建状态。
就绪状态：调用 start() 方法后，线程进入就绪状态，等待 JVM 调度。
运行状态：获取 CPU 资源后，线程进入运行状态。
阻塞状态：由于某些原因（如调用 sleep() 方法），线程从运行状态进入阻塞状态。
死亡状态：线程完成任务或被终止后，进入死亡状态。

3. 线程的优先级

每个 Java 线程都有一个优先级（1 到 10）。优先级较高的线程会优先获取 CPU 资源。默认优先级是 5。

4. 创建线程的方法

Java 提供了三种创建线程的方法：

通过实现 Runnable 接口
通过继承 Thread 类
通过 Callable 和 Future

4.1 通过实现 `Runnable` 接口

实现 Runnable 接口是创建线程的最简单方法。需要实现 run() 方法。

示例：

class RunnableDemo implements Runnable {private String threadName;private Thread t;RunnableDemo(String name) {threadName = name;System.out.println("Creating " + threadName);}public void run() {System.out.println("Running " + threadName);try {for(int i = 4; i > 0; i--) {System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i);Thread.sleep(50);}} catch (InterruptedException e) {System.out.println("Thread " + threadName + " interrupted.");}System.out.println("Thread " + threadName + " exiting.");}public void start() {System.out.println("Starting " + threadName);if (t == null) {t = new Thread(this, threadName);t.start();}}
}public class TestThread {public static void main(String args[]) {RunnableDemo R1 = new RunnableDemo("Thread-1");R1.start();RunnableDemo R2 = new RunnableDemo("Thread-2");R2.start();}
}

4.2 通过继承 `Thread` 类

继承 Thread 类并重写 run() 方法。

示例：

class ThreadDemo extends Thread {private String threadName;ThreadDemo(String name) {threadName = name;System.out.println("Creating " + threadName);}public void run() {System.out.println("Running " + threadName);try {for(int i = 4; i > 0; i--) {System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i);Thread.sleep(50);}} catch (InterruptedException e) {System.out.println("Thread " + threadName + " interrupted.");}System.out.println("Thread " + threadName + " exiting.");}public void start() {System.out.println("Starting " + threadName);if (t == null) {t = new Thread(this, threadName);t.start();}}
}public class TestThread {public static void main(String args[]) {ThreadDemo T1 = new ThreadDemo("Thread-1");T1.start();ThreadDemo T2 = new ThreadDemo("Thread-2");T2.start();}
}

4.3 通过 `Callable` 和 `Future`

使用 Callable 接口和 FutureTask 类来创建线程。Callable 接口的 call() 方法可以返回结果，并且可以抛出异常。

示例：

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;public class CallableThreadTest implements Callable<Integer> {public static void main(String[] args) {CallableThreadTest ctt = new CallableThreadTest();FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<>(ctt);for (int i = 0; i < 100; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 的循环变量i的值" + i);if (i == 20) {new Thread(ft, "有返回值的线程").start();}}try {System.out.println("子线程的返回值：" + ft.get());} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}}@Overridepublic Integer call() {int i = 0;for (; i < 100; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);}return i;}
}

5. 线程控制方法

Thread 类提供了多种控制线程的方法，如 start(), run(), join(), sleep(), interrupt() 等。

5.1 常用的 `Thread` 方法

start()：启动线程并使其进入就绪状态。
run()：线程执行的主体。
setName(String name)：设置线程名称。
setPriority(int priority)：设置线程优先级。
setDaemon(boolean on)：将线程标记为守护线程或用户线程。
join(long millis)：等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。
interrupt()：中断线程。
isAlive()：测试线程是否处于活动状态。

5.2 静态方法

yield()：暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。
sleep(long millis)：在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行）。
holdsLock(Object x)：当且仅当当前线程在指定的对象上保持监视器锁时，才返回 true。
currentThread()：返回对当前正在执行的线程对象的引用。
dumpStack()：将当前线程的堆栈跟踪打印至标准错误流。

示例：

public class ThreadClassDemo {public static void main(String[] args) {Runnable hello = new DisplayMessage("Hello");Thread thread1 = new Thread(hello);thread1.setDaemon(true);thread1.setName("hello");System.out.println("Starting hello thread...");thread1.start();Runnable bye = new DisplayMessage("Goodbye");Thread thread2 = new Thread(bye);thread2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);thread2.setDaemon(true);System.out.println("Starting goodbye thread...");thread2.start();System.out.println("Starting thread3...");Thread thread3 = new GuessANumber(27);thread3.start();try {thread3.join();} catch (InterruptedException e) {System.out.println("Thread interrupted.");}System.out.println("Starting thread4...");Thread thread4 = new GuessANumber(75);thread4.start();System.out.println("main() is ending...");}
}