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本篇內容介紹了“Java多線程怎么掌握”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！
Java 提供了多線程編程的內置支持，讓我們可以輕松開發多線程應用。
Java 中我們最為熟悉的線程就是 main 線程——主線程。
一個進程可以并發多個線程，每條線程并行執行不同的任務。線程是進程的基本單位，是一個單一順序的控制流，一個進程一直運行，直到所有的“非守護線程”都結束運行后才能結束。Java 中常見的守護線程有：垃圾回收線程、
這里簡要述說以下并發和并行的區別。
并發：同一時間段內有多個任務在運行
并行：同一時間點上有多個任務同時在運行
多線程可以幫助我們高效地執行任務，合理利用 CPU 資源，充分地發揮多核 CPU 的性能。但是多線程也并不總是能夠讓程序高效運行的，多線程切換帶來的開銷、線程死鎖、線程異常等等問題，都會使得多線程開發較單線程開發更麻煩。因此，有必要學習 Java 多線程的相關知識，從而提高開發效率。
根據官方文檔 Thread (Java Platform SE 8 ) (oracle.com) 中 java.lang.Thread 的說明，可以看到線程的創建方式主要有兩種：
There are two ways to create a new thread of execution. One is to declare a class to be a subclass of Thread. This subclass should override the run method of class Thread. An instance of the subclass can then be allocated and started.
The other way to create a thread is to declare a class that implements the Runnable interface. That class then implements the run method. An instance of the class can then be allocated, passed as an argument when creating Thread, and started.
可以看到，有兩種創建線程的方式：
聲明一個類繼承 Thread 類，這個子類需要重寫 run 方法，隨后創建這個子類的實例，這個實例就可以創建并啟動一個線程執行任務；
聲明一個類實現接口 Runnable 并實現 run 方法。這個類的實例作為參數分配給一個 Thread 實例，隨后使用 Thread 實例創建并啟動線程即可
除此之外的創建線程的方法，諸如使用 Callable 和 FutureTask、線程池等等，無非是在此基礎上的擴展，查看源碼可以看到 FutureTask 也實現了 Runnable 接口。
使用繼承 Thread 類的方法創建線程的代碼：
登錄后復制/**
* 使用繼承 Thread 類的方法創建線程
*/
public class CreateOne {
public static void main(String[] args) {
Thread t = new MySubThread();
t.start();
}
}
class MySubThread extends Thread {
@Override
public void run() {
// currentThread() 是 Thread 的靜態方法，可以獲取正在執行當前代碼的線程實例
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "執行任務");
}
}
// ================================== 運行結果
Thread-0執行任務
使用實現 Runnable 接口的方法創建線程的代碼：
登錄后復制/**
* 使用實現 Runnable 接口的方法創建線程
*/
public class CreateTwo {
public static void main(String[] args) {
RunnableImpl r = new RunnableImpl();
Thread t = new Thread(r);
t.start();
}
}
class RunnableImpl implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "執行任務");
}
}
// ================================== 運行結果
Thread-0執行任務
1.1 孰優孰劣
創建線程雖然有兩種方法，但是在實際開發中，使用實現接口 Runnable 的方法更好，原因如下：
查看 Thread 的 run 方法，可以看到：
登錄后復制// Thread 實例的成員變量 target 是一個 Runnable 實例，可以通過 Thread 的構造方法傳入
private Runnable target;
// 如果有傳入 Runnable 實例，那么就執行它的 run 方法
// 如果重寫，就完全執行我們自己的邏輯
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}
查看上面的源碼，我們可以知道，Thread 類并不是定義執行任務的主體，而是 Runnable 定義執行任務內容，Thread 調用執行，從而實現線程與任務的解耦。
由于線程與任務解耦，我們可以復用線程，而不是當需要執行任務就去創建線程、執行完畢就銷毀線程，這樣帶來的系統開銷太大。這也是線程池的基本思想。
此外，Java 只只支持單繼承，如果繼承 Thread 使用多線程，那么后續需要通過繼承的方式擴展功能，那會相當麻煩。
2 start 和 run 方法
從上面可以得知，有兩種創建線程的方式，我們通過 Thread 類或 Runnable 接口的 run 方法定義任務，通過 Thread 的 start 方法創建并啟動線程。
我們不能通過 run 方法啟動并創建一個線程，它只是一個普通方法，如果直接調用這個方法，其實只是調用這個方法的線程在執行任務罷了。
登錄后復制// 將上面的代碼修改一下，查看執行結果
public class CreateOne {
public static void main(String[] args) {
Thread t = new MySubThread();
t.run();
//t.start();
}
}
// ===================== 執行結果
main執行任務
查看 start 方法的源碼：
登錄后復制// 線程狀態，為 0 表示還未啟動
private volatile int threadStatus = 0;
// 同步方法，確保創建、啟動線程是線程安全的
public synchronized void start() {
// 如果線程狀態不為 0，那么拋出異常——即線程已經創建了
if (threadStatus != 0)
throw new IllegalThreadStateException();
// 將當前線程添加到線程組
group.add(this);
boolean started = false;
try {
// 這是一個本地方法
start0();
started = true;
} finally {
try {
if (!started) {
group.threadStartFailed(this);
}
} catch (Throwable ignore) {
}
}
}
// 由本地方法實現，只需要知道，該方法調用后會創建一個線程，并且會執行 run 方法
private native void start0();
由上面的源碼可以得知：
創建并啟動一個線程是線程安全的
start() 方法不能反復調用，否則會拋出異常
線程并不是無休止地執行下去的，通常情況下，線程停止的條件有：
run 方法執行結束
線程發生異常，但是沒有捕獲處理
除此之外，我們還需要自定義某些情況下需要通知線程停止，例如：
用戶主動取消任務
任務執行時間超時、出錯
出現故障，服務需要快速停止
...
為什么不能直接簡單粗暴的停止線程呢？通過通知線程停止任務，我們可以更優雅地停止線程，讓線程保存問題現場、記錄日志、發送警報、友好提示等等，令線程在合適的代碼位置停止線程，從而避免一些數據丟失等情況。
令線程停止的方法是讓線程捕獲中斷異常或檢測中斷標志位，從而優雅地停止線程，這是推薦的做法。而不推薦的做法有，使用被標記為過時的方法：stop，resume，suspend，這些方法可能會造成死鎖、線程不安全等情況，由于已經過時了，所以不做過多介紹。
3.1 通知線程中斷
我們要使用通知的方式停止目標線程，通過以下方法，希望能夠幫助你掌握中斷線程的方法：
登錄后復制/**
* 中斷線程
*/
public class InterruptThread {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t = new Thread(() -> {
long i = 0;
// isInterrupted() 檢測當前線程是否處于中斷狀態
while (i < Long.MAX_VALUE && !Thread.currentThread().isInterrupted()) {
i++;
}
System.out.println(i);
});
t.start();
// 主線程睡眠 1 秒，通知線程中斷
Thread.sleep(1000);
t.interrupt();
}
}
// 運行結果
1436125519
這是中斷線程的方法之一，還有其他方法，當線程處于阻塞狀態時，線程并不能運行到檢測線程狀態的代碼位置，然后正確響應中斷，這個時候，我們需要通過捕獲異常的方式停止線程：
登錄后復制/**
* 通過捕獲中斷異常停止線程
*/
public class InterruptThreadByException {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t = new Thread(()->{
long i = 0;
while (i < Long.MAX_VALUE) {
i++;
try {
// 線程大部分時間處于阻塞狀態，sleep 方法會拋出中斷異常 InterruptedException
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// 捕獲到中斷異常，代表線程被通知中斷，做出相應處理再停止線程
System.out.println("線程收到中斷通知 " + i);
// 如果 try-catch 在 while 代碼塊之外，可以不用 return 也可以結束代碼
// 在 while 代碼塊之內，如果沒有 return / break，那么還是會進入下一次循環，并不能正確停止
return;
}
}
});
t.start();
Thread.sleep(1000);
t.interrupt();
}
}
// 運行結果
線程收到中斷通知 10
以上，就是停止線程的正確做法，此外，捕獲中斷異常后，會清除線程的中斷狀態，在實際開發中需要特別注意。例如，修改上面的代碼：
登錄后復制public class InterruptThreadByException {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t = new Thread(()->{
long i = 0;
while (i < Long.MAX_VALUE) {
i++;
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("線程收到中斷通知 " + i);
// 添加這行代碼，捕獲到中斷異常后，檢測中斷狀態，中斷狀態為 false
System.out.println(Thread.currentThread().isInterrupted());
return;
}
}
});
t.start();
Thread.sleep(1000);
t.interrupt();
}
}
所以，在線程中，如果調用了其他方法，如果該方法有異常發生，那么：
將異常拋出，而不是在子方法內部捕獲處理，由 run 方法統一處理異常
捕獲異常，并重新通知當前線程中斷，Thread.currentThread().interrupt()
例如：
登錄后復制public class SubMethodException {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(new ExceptionRunnableA());
Thread t2 = new Thread(new ExceptionRunnableB());
t1.start();
t2.start();
Thread.sleep(1000);
t1.interrupt();
t2.interrupt();
}
}
class ExceptionRunnableA implements Runnable {
@Override
public void run() {
try {
while (true) {
method();
}
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("run 方法內部捕獲中斷異常");
}
}
public void method() throws InterruptedException {
Thread.sleep(100000L);
}
}
class ExceptionRunnableB implements Runnable {
@Override
public void run() {
while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
method();
}
}
public void method() {
try {
Thread.sleep(100000L);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("子方法內部捕獲中斷異常");
// 如果不重新設置中斷，線程將不能正確響應中斷
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
}
綜上，總結出令線程正確停止的方法為：
使用 interrupt() 方法通知目標線程停止，標記目標線程的中斷狀態為 true
目標線程通過 isInterrupted() 不時地檢測線程的中斷狀態，根據情況決定是否停止線程
如果線程使用了阻塞方法例如 sleep()，那么需要捕獲中斷異常并處理中斷通知，捕獲了中斷異常會重置中斷標記位
如果 run() 方法調用了其他子方法，那么子方法：
將異常拋出，傳遞到頂層 run 方法，由 run 方法統一處理
將異常捕獲，同時重新通知當前線程中斷
下面再說說關于中斷的幾個相關方法和一些會拋出中斷異常的方法，使用的時候需要特別注意。
3.2 線程中斷的相關方法
interrupt() 實例方法，通知目標線程中斷。
static interrupted() 靜態方法，獲取當前線程是否處于中斷狀態，會重置中斷狀態，即如果中斷狀態為 true，那么調用后中斷狀態為 false。方法內部通過 Thread.currentThread() 獲取執行線程實例。
isInterrupted() 實例方法，獲取線程的中斷狀態，不會清除中斷狀態。
3.3 阻塞并能響應中斷的方法
Object.wait()
Thread.sleep()
Thread.join()
BlockingQueue.take() / put()
Lock.lockInterruptibly()
CountDownLatch.await()
CyclicBarrier.await()
Exchanger.exchange()
4 線程的生命周期
線程的生命周期狀態由六部分組成：
可以用一張圖總結線程的生命周期，以及各個過程之間是如何轉換的：
現在，我們已經知道了線程的創建、啟動、停止以及線程的生命周期了，那么，再來看看線程相關的方法有哪些。
首先，看看 Thread 中的一些方法：
再看看 Object 中的相關方法：
運行以下代碼，查看 wait() 和 sleep() 是否會釋放同步鎖
登錄后復制/**
* 證明 sleep 不會釋放鎖，wait 會釋放鎖
*/
public class SleepAndWait {
private static Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(()->{
synchronized (lock) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得同步鎖，調用 wait() 方法");
try {
lock.wait(2000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "重新獲得同步鎖");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
Thread t2 = new Thread(()->{
synchronized (lock) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得同步鎖，喚醒另一個線程，調用 sleep()");
lock.notify();
try {
// 如果 sleep() 會釋放鎖，那么在此期間，上面的線程將會繼續運行，即 sleep 不會釋放同步鎖
Thread.sleep(2000);
// 如果執行 wait 方法，那么上面的線程將會繼續執行，證明 wait 方法會釋放鎖
//lock.wait(2000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "sleep 結束");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
t1.start();
t2.start();
}
}
上面的代碼已經證明了 sleep() 不會釋放同步鎖，此外，sleep() 也不會釋放 Lock 的鎖，運行以下代碼查看結果：
登錄后復制/**
* sleep 不會釋放 Lock 鎖
*/
public class SleepDontReleaseLock implements Runnable {
private static Lock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
// 調用 lock 方法，線程會嘗試持有該鎖對象，如果已經被其他線程鎖住，那么當前線程會進入阻塞狀態
lock.lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得 lock 鎖");
// 如果 sleep 會釋放 Lock 鎖，那么另一個線程會馬上打印上面的語句
Thread.sleep(1000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "釋放 lock 鎖");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 當前線程釋放鎖，讓其他線程可以占有鎖
lock.unlock();
}
}
public static void main(String[] args) {
SleepDontReleaseLock task = new SleepDontReleaseLock();
new Thread(task).start();
new Thread(task).start();
}
}
5.1 wait 和 sleep 的異同
接下來總結 Object.wait() 和 Thread.sleep() 方法的異同點。
相同點：
都會使線程進入阻塞狀態
都可以響應中斷
不同點：
wait() 是 Object 的實例方法，sleep() 是 Thread 的靜態方法
sleep() 需要指定時間
wait() 會釋放鎖，sleep() 不會釋放鎖，包括同步鎖和 Lock 鎖
wait() 必須配合 synchronized 使用
現在我們已經對 Java 中的多線程有一定的了解了，我們再看看 Java 中線程 Thread 的一些相關屬性，即它的成員變量。
運行以下代碼，了解線程的相關屬性
登錄后復制public class ThreadFields {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t = new Thread(() -> {
// 自定義線程的 ID 并不是從 2 開始
System.out.println("線程 " + Thread.currentThread().getName()
+ " 的線程 ID " + Thread.currentThread().getId());
while (true) {
// 守護線程一直運行，但是 用戶線程即這里的主線程結束后，也會隨著虛擬機一起停止
}
});
// 自定義線程名字
t.setName("自定義線程");
// 將其設置為守護線程
t.setDaemon(true);
// 設置優先級 Thread.MIN_PRIORITY = 1 Thread.MAX_PRIORITY = 10
t.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
t.start();
// 主線程的 ID 為 1
System.out.println("線程 " + Thread.currentThread().getName() + " 的線程 ID " + Thread.currentThread().getId());
Thread.sleep(3000);
}
}
在子線程中，如果發生了異常我們能夠及時捕獲并處理，那么對程序運行并不會有什么惡劣影響。
但是，如果發生了一些未捕獲的異常，在多線程情況下，這些異常打印出來的堆棧信息，很容易淹沒在龐大的日志中，我們可能很難察覺到，并且不好排查問題。
如果對這些異常都做捕獲處理，那么就會造成代碼的冗余，編寫起來也不方便。
因此，我們可以編寫一個全局異常處理器來處理子線程中拋出的異常，統一地處理，解耦代碼。
7.1 源碼查看
在講解如何處理子線程的異常問題前，我們先看看 JVM 默認情況下，是如何處理未捕獲的異常的。
查看 Thread 的源碼:
登錄后復制public class Thread implements Runnable {
【1】當發生未捕獲的異常時，JVM 會調用該方法，并傳遞異常信息給異常處理器
可以在這里打下斷點，在線程中拋出異常不捕獲，IDEA 會跳轉到這里
// 向處理程序發送未捕獲的異常。此方法僅由JVM調用。
private void dispatchUncaughtException(Throwable e) {
【2】查看第 9 行代碼，可以看到如果沒有指定異常處理器，默認是線程組作為異常處理器
【3】調用這個異常處理器的處理方法，處理異常，查看第 15 行
getUncaughtExceptionHandler().uncaughtException(this, e);
}
public UncaughtExceptionHandler getUncaughtExceptionHandler() {
return uncaughtExceptionHandler != null ?
uncaughtExceptionHandler : group;
}
【4】UncaughtExceptionHandler 是 Thread 的內部接口，線程組也是該接口的實現，
只有一個方法處理異常，接下來查看第 25 行，看看 Group 是如何實現的
@FunctionalInterface
public interface UncaughtExceptionHandler {
void uncaughtException(Thread t, Throwable e);
}
}
public class ThreadGroup implements Thread.UncaughtExceptionHandler {
【5】默認異常處理器的實現
public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
// 如果有父線程組，交給它處理
if (parent != null) {
parent.uncaughtException(t, e);
} else {
// 獲取默認的異常處理器，如果沒有指定，那么為 null
Thread.UncaughtExceptionHandler ueh =
Thread.getDefaultUncaughtExceptionHandler();
if (ueh != null) {
ueh.uncaughtException(t, e);
}
// 沒有指定異常處理器，打印堆棧信息
else if (!(e instanceof ThreadDeath)) {
System.err.print("Exception in thread \""
+ t.getName() + "\" ");
e.printStackTrace(System.err);
}
}
}
}
7.2 自定義全局異常處理器
通過上面的源碼講解，已經可以知道 JVM 是如何處理未捕獲的異常的了，即只打印堆棧信息。那么，要如何自定義異常處理器呢？
具體方法為：
實現接口 Thread.UncaughtExceptionHandler 并實現方法 uncaughtException()
為創建的線程指定異常處理器
示例代碼：
登錄后復制public class MyExceptionHandler implements Thread.UncaughtExceptionHandler{
@Override
public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
System.out.println("發生了未捕獲的異常，進行日志處理、報警處理、友好提示、數據備份等等......");
e.printStackTrace();
}
public static void main(String[] args) {
Thread t = new Thread(() -> {
throw new RuntimeException();
});
t.setUncaughtExceptionHandler(new MyExceptionHandler());
t.start();
}
}
合理地利用多線程能夠帶來性能上的提升，但是如果因為一些疏漏，多線程反而會成為程序員的噩夢。
例如，多線程開發，我們需要考慮線程安全問題、性能問題。
首先，講講線程安全問題。
什么是線程安全？所謂線程安全，即
在多線程情況下，如果訪問某個對象，不需要額外處理，例如加鎖、令線程阻塞、額外的線程調度等，調用這個對象都能獲得正確的結果，那么這個對象就是線程安全的
因此，在編寫多線程程序時，就需要考慮某個數據是否是線程安全的，如果這個對象滿足：
被多個線程共享
操作具有時序要求，先讀后寫
這個對象的類有他人編寫，并且沒有聲明是線程安全的
那么我們就需要考慮使用同步鎖、Lock、并發工具類（java.util.concurrent）來保證這個對象是在多線程下是安全的。
再看看多線程帶來的性能問題。
多個線程的調度需要上下文切換，這需要耗費 CPU 資源。
所謂上下文，即處理器中寄存器、程序計數器內的信息。
上下文切換，即 CPU 掛起一個線程，將其上下文保存到內存中，從內存中獲取另一個運行線程的上下文，恢復到寄存器中，根據程序計數器中的指令恢復線程運行。
一個線程被掛起，另一個線程恢復運行，這個時候，被掛起的線程的數據緩存對于運行線程來說是無效的，減緩了線程的運行速度，新的線程需要重新緩存數據提升運行速度。
通常情況下，密集的 IO 操作、搶鎖操作都會帶來密集的上下文切換。
上面是上下文切換帶來的性能問題，Java 的內存模型也會帶來性能問題，為了保證數據的可見性，JVM 會強制令數據緩存失效，保證數據是實時最新的，這也犧牲了緩存帶來的性能提升。
“Java多線程怎么掌握”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！
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