Java 给多线程编程提供了内置的支持。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。多线程是多任务的一种特别的形式，但多线程使用了更小的资源开销。
这里定义和线程相关的另一个术语进程，一个进程包括由操作系统分配的内存空间，包含一个或多个线程。一个线程不能独立的存在，它必须是进程的一部分。一个进程一直运行，直到所有的非守护线程都结束运行后才能结束。
多线程能满足程序员编写高效率的程序来达到充分利用 CPU 的目的。
线程的状态
Java 的线程状态总共有6种。
- NEW（新建尚未启动/运行），新建状态：
使用 new 关键字和 Thread 类或其子类建立一个线程对象后，该线程对象就处于新建状态。它保持这个状态直到程序 start 这个线程。还没调用 start，或者调用了 start() 方法，不一定立即改变线程状态，中间可能需要一些步骤才完成一个线程的启动。
- RUNNABLE（处于可运行状态：正在运行或准备运行），就绪状态：
start 调用结束，线程由 NEW 变成 RUNNABLE，存活着，并尝试占用 CPU 资源，yield 操作时，线程还是 Runnable 状态，只是它有一个细节的内部变化，做一个简单的让步。在 Java 层面是 Runnable 的状态，并不代表一定处于运行中的状态，比如 BIO 中，线程正阻塞在网络等待的时候，看到的状态依然是 Runnable 状态，而底层线程已经被阻塞住了。
- BLOCKED（等待获取锁时进入的状态），被阻塞状态：
线程被挂起了，原因通常是因为它在等待一个锁，当某个 synchronized 正好有线程在使用时，一个线程尝试进入这个临界区，就会被阻塞，直到另一个线程走完临界区或发生了相应锁对象的 wait 操作后，它才有机会去争夺进入临界区的权利。当抢到锁之后，才会从 blocked 状态恢复到 runnable 状态。这个状态它好像什么也不做一样。
- WAITING（通过 wait 方法进入的等待），等待状态：
当 wait，join，park 等方法调用时，进入 waiting 状态。前提是这个线程已经拥有锁了。
在 waiting 状态下，如果发生了 interrupt 操作，则处于该状态的线程在内部会抛出一个 InterruptedException，这个异常应当在 run 方法内捕获，使得 run 方法正常地执行完成，当然捕获异常后，是决定让线程继续运行，还是结束等要根据业务场景才处理。
如果发生了 notify 动作，则会从等待池当中唤醒一个线程重新恢复到 Runnable 状态，如果是 notifyall 操作，则唤醒所有等待线程。
blocked 和 waiting 状态的区别是：
A、blocked 是虚拟机认为程序还不能进入某个区域，因为同时进去就会有问题，这是一块临界区。
B、发生 wait 等操作的先决条件是要进入临界区，也就是线程已经拿到锁了，自己可能进去做了一些事情，但此时通过判定业务上的参数，发现还有一些其他配合的资源没有准备充分，那么自己就等等再做其他事情。
- TIMED_WAITING（通过 sleep 或 wait timeout 方法进入的限期等待的状态），限期等待状态：
通过 wait(t)，sleep(t)，join(t)，parkNanos，parkUntil 等方法进入此状态。当时间达到时触发线程回到工作状态 Runnable。sleep 和 wait 的具体区别请看这里。
- TERMINATED（线程终止），被终止状态：
线程结束了，就处于这种状态，也就是 run 方法运行完了。这只是 Java 语言级别的一种状态，在操作系统内部可能已经注销了相应的线程，或者将它复用给其他需要使用线程的请求。
线程状态切换
线程是一个动态执行的过程，它也有一个从产生到死亡的过程。下图显示了一个线程完整的生命周期。
线程的优先级
每一个 Java 线程都有一个优先级，这样有助于操作系统确定线程的调度顺序。
Java 线程的优先级是一个整数，其取值范围是 1（Thread.MIN_PRIORITY）- 10（Thread.MAX_PRIORITY）。
默认情况下，每一个线程都会分配一个优先级 5（Thread.NORM_PRIORITY）。
具有较高优先级的线程对程序更重要，并且应该在低优先级的线程之前分配处理器资源。但是，线程优先级不能保证线程执行的顺序，而且非常依赖于平台。
线程的创建
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 类本身；
- 通过 Callable 和 Future 创建线程。
通过实现 Runnable 接口来创建线程
创建一个线程，最简单的方法是创建一个实现 Runnable 接口的类。
为了实现 Runnable，一个类只需要执行一个方法调用 run()，声明如下：
public void run()
你可以重写该方法，重要的是理解的 run() 可以调用其他方法，使用其他类，并声明变量，就像主线程一样。
在创建一个实现 Runnable 接口的类之后，你可以在类中实例化一个线程对象。
Thread 定义了几个构造方法，下面的这个是我们经常使用的：
Thread(Runnable target, String name);
这里，target 是一个实现 Runnable 接口的类的实例，并且 name 指定新线程的名字。
新线程创建之后，你调用它的 start() 方法它才会运行。
void start();
下面是一个创建线程并开始让它执行的实例：
public class RunnableDemo implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("run start");
System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName());
try {
// 让线程睡眠一会儿
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("run end");
}
public static void main(String[] args) {
new Thread(new RunnableDemo(), "test-thread").start();
}
}
编译以上程序运行结果如下：
run start
thread name:test-thread
run end
通过继承 Thread 来创建线程
创建一个线程的第二种方法是创建一个新的类，该类继承 Thread 类，然后创建一个该类的实例。
继承类必须重写 run() 方法，该方法是新线程的入口点。它也必须调用 start() 方法才能执行。
该方法尽管被列为一种多线程实现方式，但是本质上也是实现了 Runnable 接口的一个实例。
public class ThreadDemo extends Thread {
public ThreadDemo(String name) {
super(name);
}
@Override
public void run() {
System.out.println("run start");
System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName());
try {
// 让线程睡眠一会儿
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("run end");
}
public static void main(String[] args) {
new ThreadDemo("test-thread-1").start();
}
}
编译以上程序运行结果如下：
run start
thread name:test-thread-1
run end
Thread 的方法
下表列出了 Thread 类的一些重要方法：
| 序号 | 方法描述 |
|---|---|
| 1 | public void start() 使该线程开始执行；Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。 |
| 2 | public void run() 如果该线程是使用独立的 Runnable 运行对象构造的，则调用该 Runnable 对象的 run 方法；否则，该方法不执行任何操作并返回。 |
| 3 | public final void setName(String name) 改变线程名称，使之与参数 name 相同。 |
| 4 | public final void setPriority(int priority) 更改线程的优先级。 |
| 5 | public final void setDaemon(boolean on) 将该线程标记为守护线程或用户线程。 |
| 6 | public final void join(long millisec) 等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。 |
| 7 | public void interrupt() 中断线程。 |
| 8 | public final boolean isAlive() 测试线程是否处于活动状态。 |
测试线程是否处于活动状态。 上述方法是被Thread对象调用的。下面的方法是Thread类的静态方法。
| 序号 | 方法描述 |
|---|---|
| 1 | public static void yield() 暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。 |
| 2 | public static void sleep(long millisec) 在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行），此操作受到系统计时器和调度程序精度和准确性的影响。 |
| 3 | public static boolean 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。 |
| 4 | public static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用。 |
| 5 | public static void dumpStack() 将当前线程的堆栈跟踪打印至标准错误流。 |
通过Callable和Future创建线程
-
创建 Callable 接口的实现类，并实现 call() 方法，该 call() 方法将作为线程执行体，并且有返回值。
-
创建 Callable 实现类的实例，使用 FutureTask 类来包装 Callable 对象，该 FutureTask 对象封装了该 Callable 对象的 call() 方法的返回值。
-
使用 FutureTask 对象作为 Thread 对象的 target 创建并启动新线程。
-
调用 FutureTask 对象的 get() 方法来获得子线程执行结束后的返回值。
public class CallableThreadDemo implements Callable<Integer> {
@Override
public Integer call() throws Exception {
int time = (int) (new Random().nextFloat() * 1000);
System.out.println("子线程的睡眠时间：" + time);
Thread.sleep(time);
return time;
}
public static void main(String[] args) {
CallableThreadDemo ctd = new CallableThreadDemo();
// FutureTask也是实现Runnable接口
FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<>(ctd);
new Thread(ft).start();
try {
System.out.println("子线程的返回值：" + ft.get());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
创建线程的三种方式的对比
-
采用实现 Runnable、Callable 接口的方式创建多线程时，线程类只是实现了 Runnable 接口或 Callable 接口，还可以继承其他类。
-
使用继承 Thread 类的方式创建多线程时，编写简单，如果需要访问当前线程，则无需使用 Thread.currentThread() 方法，直接使用 this 即可获得当前线程。
线程的几个主要概念
在多线程编程时，你需要了解以下几个概念：
- 线程同步
- 线程间通信
- 线程死锁
- 线程控制：挂起、停止和恢复
多线程的使用
有效利用多线程的关键是理解程序是并发执行而不是串行执行的。例如：程序中有两个子系统需要并发执行，这时候就需要利用多线程编程。
通过对多线程的使用，可以编写出非常高效的程序。不过请注意，如果你创建太多的线程，程序执行的效率实际上是降低了，而不是提升了。
请记住，上下文的切换开销也很重要，如果你创建了太多的线程，CPU 花费在上下文的切换的时间将多于执行程序的时间！