Java中的多线程编程（超详细总结）

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一、线程与多线程的概念

线程，即单线程，是程序的一条执行线索，执行路径，是程序使用cpu的最小单位。线程本身不能运行，它只能运行在程序中，线程是依赖于程序存在的。

多线程，从字面上理解，就是从多个单线程一起执行多个任务。在Java 编程中，已经给多线程编程提供了内置的支持。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cpu资源开销。 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。

二、线程与进程之间的关系

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。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。

① 进程是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有自己独立的一块内存空间，即进程空间或（虚空间）。进程不依赖于线程而独立存在，一个进程中可以启动多个线程。比如在Windows系统中，一个运行的exe就是一个进程。

② 线程是指进程中的一个执行流程，一个进程中可以运行多个线程。比如java.exe进程中可以运行很多线程。线程总是属于某个进程，线程没有自己的虚拟地址空间，与进程内的其他线程一起共享分配给该进程的所有资源。

“同时”执行是人的感觉，在线程之间实际上轮换执行。（这句话简明阐述了多线程的实现机制）

③ 进程在执行过程中拥有独立的内存单元，进程有独立的地址空间，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率。

④ 线程在执行过程中与进程还是有区别的。每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。

⑤ 进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

⑥线程是进程的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位，它是比进程更小的能独立运行的基本单位。线程自己基本上不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源（如程序计数器,一组寄存器和栈），但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。

线程有自己的堆栈和局部变量，但线程之间没有单独的地址空间，一个线程包含以下内容：

（1）一个指向当前被执行指令的指令指针；
（2）一个栈；
（3）一个寄存器值的集合，定义了一部分描述正在执行线程的处理器状态的值；
（4）一个私有的数据区。

总而言之：

1. 一个程序至少有一个进程，一个进程至少有一个线程。
2. 线程的划分尺度小于进程，使得多进程程序的并发性高。
3. 另外，进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率。
4. 线程在执行过程中与进程还是有区别的。每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。
5. 从逻辑角度来看，多线程的意义在于一个应用程序中，有多个执行部分可以同时执行。但操作系统并没有将多个线程看做多个独立的应用，来实现进程的调度和管理以及资源分配。这就是进程和线程的重要区别。

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实际上就是在操作系统中启动了一个进程。

三、一个线程的生命周期

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。

1）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。

2）就绪状态:
当线程对象调用了start()方法之后，该线程就进入就绪状态。就绪状态的线程处于就绪队列中，要等待JVM里线程调度器的调度。

3）运行状态:
如果就绪状态的线程获取 CPU 资源，就可以执行 run()，此时线程便处于运行状态。处于运行状态的线程最为复杂，它可以变为阻塞状态、就绪状态和死亡状态。

4）阻塞状态:
如果一个线程执行了sleep（睡眠）、suspend（挂起）等方法，失去所占用资源之后，该线程就从运行状态进入阻塞状态。在睡眠时间已到或获得设备资源后可以重新进入就绪状态。可以分为三种：

①等待阻塞： 运行状态中的线程执行 wait() 方法，使线程进入到等待阻塞状态。

②同步阻塞： 线程在获取 synchronized 同步锁失败(因为同步锁被其他线程占用)。

③其他阻塞： 通过调用线程的 sleep() 或 join() 发出了 I/O 请求时，线程就会进入到阻塞状态。当sleep() 状态超时，join() 等待线程终止或超时，或者 I/O 处理完毕，线程重新转入就绪状态。

5）死亡状态:
一个运行状态的线程完成任务或者其他终止条件发生时，该线程就切换到终止状态。

四、多线程的目的和意义

多线程的意义： 其实任何一个程序的执行都需要获得cpu的执行权，是由cpu来去决定到底是由哪个程序来去执行，那么多线程的存在其实就是“最大限度的利用cpu资源”，当某一个线程的处理不需要占用cpu而之和I/O打交道的时候，让需要占用cpu资源的其他线程有机会获得cpu资源。从根本上说，这就是说多线程编程的目的。

多线程的目的： 不同于其他大多数编程语言，Java本身内置了多线程的支持。使用多线程，可以帮助我们编写出cpu最大利用率的高效程序，使得空闲时间降到最低，这个对于Java运行的交互式的网络互联环境是至关重要的，因为空闲时间是公共的。例如，网络的传输效率远远低于计算机的处理速度，而本地文件系统资源的读写速度也远远低于cpu的处理能力。多线程使得并且能够充分利用这些空闲时间。

五、线程的实现的方式

①继承Thread类：

在利用Thread类实现多线程的代码，需要去重写的run()方法，但是重写完run()方法 之后，在main函数中只会利用线程类创建对象，然后调用的是start()方法。

在这里大家可能会问了，为什么不是直接调用重写好的run()方法 呢？而是是利用start()方法 来开启线程的操作呢？

这里我简单来回答一下吧， 首先通过对象.run() 方法可以执行方法，但是不是使用的多线程的方式，就是一个普通的方法，要想实现多线程的方式，一定需要通过对象.start() 方法。Java 中实现真正的多线程是 start 中的 start() 方法，run() 方法只是一个普通的方法。

②实现Runnable接口：

③使用继承Thread类的方法和使用实现Runnable接口的方法之间的关系与区别：

（1）Thread类 本身也是实现了Runnable接口，因此也是实现了Runnable接口 中的run方法。

（2）当使用继承Thread类 去实现线程时，我们需要重写run方法，因为Thread类 中的run方法 本身什么事情都不干。

（3）当使用实现Runnable接口 去实现线程时，我们需要重写run方法，然后使用new Thread(Runnable) 这种方式来生成线程对象，这个时候线程对象中的run方法 才会去执行我们自己实现的Runnable接口 中的run方法。