public interface Runnable {
public abstract void run();
}
public class Thread implements Runnable {
/* What will be run. */
private Runnable target;
......
/**
* Causes this thread to begin execution; the Java Virtual Machine
* calls the <code>run</code> method of this thread.
*/
public synchronized void start() {......}
......
@Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}
......
}
Thread類與Runnable接口都位於java.lang包中。從上面我們可以看出，Runnable接口中只定義了run()方法，Thread類實現了Runnable 接口並重寫了run()方法。當調用Thread 類的start()方法時，實際上Java虛擬機就去調用Thread 類的run()方法，而Thread 類的run()方法中最終調用的是Runnable類型對象的run()方法。
public class ThreadTest1 extends Thread {
@Override
public void run() {
while(true) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("thread 1:" + Thread.currentThread().getName());
}
}
public static void main(String[] args) {
ThreadTest1 thread = new ThreadTest1 ();
thread.start();
}//main end
}
可以寫成內部類的形式，new Thread(){@Override run(...)}.start();
public class ThreadTest2 implements Runnable {
@Override
public void run() {
while(true) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("thread 3:" + Thread.currentThread().getName());
}
}
public static void main(String[] args) {
ThreadTest2 thread3 = new ThreadTest2();
Thread thread = new Thread(thread3);
thread.start();
}//main end
}
可以寫成內部類的形式，new Thread(new Runnable(){@Override run(...)}).start();
當調用Thread類的start()方法時，將會創建一個線程，這時剛創建的線程處於就緒狀態（可運行狀態），並沒有運行，處於就緒狀態的線程就可以等JVM調度。當JVM調度該線程時，該線程進入運行狀態，即執行Thread類的run()方法中的內容。run()方法執行完，線程結束，線程進入死亡狀態。這是線程自然終止的過程，我們也可以通過Thread類提供的一些方法來終止線程。
stop()方法沒有做任何的清除操作就粗暴終止線程，釋放該線程所持有的對象鎖（下文將介紹），受該對象鎖保護的其它對象對其他線程可見，因此具有不安全性。
suspend()方法會使目標線程會停下來，但仍然持有在這之前獲得的對象鎖，對任何線程來說，如果它們想恢復目標線程，同時又試圖使用任何一個鎖定的資源，就會造成死鎖。
終上所述，不建議使用stop()方法和suspend()方法來終止線程，通常我們通過interrupt()方法來終止處於阻塞狀態和運行狀態的線程。
需要注意的是，interrupt()方法不會中斷一個正在運行的線程，僅僅是將線程的中斷標記設為true，當調用了阻塞方法之後，線程會不斷監聽中斷標志，如果為true，則產生一個InterruptedException異常，將InterruptedException放在catch中就能終止線程。
isInterrupted()方法可以返回中斷標記，常用循環判斷條件。
interrupted()方法測試當前線程是否已經中斷，線程的中斷標志由該方法清除。interrupted()除了返回中斷標記之外，它還會清除中斷標記。
看下面例子
public class ThreadInterruptedTest extends Thread {
@Override
public void run() {
try {
int i = 0;
while(!isInterrupted()) {
i ++ ;
Thread.sleep(1000);
System.out.println(this.getName() + " is looping,i=" + i);
}
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(this.getName() +
" catch InterruptedException,state:" + this.getState());
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
ThreadInterruptedTest thread = new ThreadInterruptedTest();
System.out.println(thread.getName()
+ " state:" + thread.getState());
thread.start();
System.out.println(thread.getName()
+ " state:" + thread.getState());
Thread.sleep(5000);
System.out.println("flag: " + thread.isInterrupted());
//發出中斷指令
thread.interrupt();
System.out.println("flag: " + thread.isInterrupted());
System.out.println(thread.getName()
+ " state:" + thread.getState());
System.out.println(thread.interrupted());
}
}
運行結果
Thread-0 state:NEW
Thread-0 state:RUNNABLE
Thread-0 is looping,i=1
Thread-0 is looping,i=2
Thread-0 is looping,i=3
Thread-0 is looping,i=4
flag: false
flag: true
Thread-0 state:TIMED_WAITING
Thread-0 catch InterruptedException,state:RUNNABLE
false
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
at com.itpsc.thread.ThreadInterruptedTest.run(ThreadInterruptedTest.java:11)
從運行結果可以看出，調用interrupt() 發出中斷指令前，中斷標志位false，發出中斷指令後中斷標志位為true，而調用interrupted()方法後則中斷標志被清除。從發出的異常來看，是在一個sleep interrupted，且發出異常後線程被喚醒，以便線程能從異常中正常退出。
線程從創建到終止可能會經歷各種狀態。在java.lang.Thread.State類的源碼中，可以看到線程有以下幾種狀態：NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING、TERMINATED。各種狀態的轉換如下：
當通過Thread t = new Thread()方式創建線程時，線程處於新建狀態；當調用t.start()方法時，線程進入可運行狀態（注意，還沒有運行）；處於可運行狀態的線程將在適當的時機被CPU資源調度器調度，進入運行狀態，也就是線程執行run()方法中的內容；run()方法執行完或者程序異常退出線程進入終止狀態。線程從運行狀態也有可能進入阻塞狀態，如調用wait()方法後進入等待對象鎖（下文將介紹），調用sleep()方法後進行入計時等待。
現在我們已經知道線程的創建與終止了。互斥，是指系統中的某些共享資源，一次只允許一個線程訪問，當一個線程正在訪問該臨界資源時，其它線程必須等待。
在java中，每一個對象有且僅有一個鎖，鎖也稱為對象監視器。通過對象的鎖，多個線程之間可以實現對某個方法（臨界資源）的互斥訪問。那麼，如何獲取對象的鎖呢？當我們調用對象的synchronized修飾的方法或者synchronized修飾的代碼塊時，鎖住的是對象實例，就獲取了該對象的鎖。
Java中有實例對象也有類對象，竟然有對象鎖，那麼久有類鎖，也稱全局鎖。當synchronized修飾靜態方法或者靜態代碼塊時，鎖住的是該類的Class實例（字節碼對象），獲取的便是該類的全局鎖。看下面獲取對象鎖實現線程互斥的兩種方式。
先看下面這個沒有實現線程互斥的例子。
public class SynchronizedTest {
public static void main(String[] args) {
new SynchronizedTest().init();
}
private void init() {
final Outputer output = new Outputer();
//線程1打印"hello,i am thread 1"
new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run() {
while(true) {
try{
Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
output.output("hello,i am thread 1");
}
}
}).start();
//線程2打印"hello,i am thread 2"
new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run() {
while(true) {
try{
Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
output.output("hello,i am thread 2");
}
}
}).start();
}
class Outputer {
public void output(String name) {
for(int i=0; i<name.length(); i++) {
System.out.print(name.charAt(i));
}
System.out.println();
}
}
}
運行結果
hello,i am thread 1 hello,i am thread 2 hello,i am hellthread 1 o,i am thread 2 hello,i am thread 2 hello,i am thread 1 hello,i am thread 2 hello,i am threadhel 2lo,i am thread 1
線程1和線程2同時調用output方法進行輸出，從運行結果可以看出，線程之間沒有執行完各自的輸出任務就被交替了運行了。下面通過對象的鎖實現線程1和線程2對output方法的互斥訪問。
使用synchronized 對output方法進行修飾，可以讓調用者獲得鎖。synchronized 修飾方法沒有顯示聲明鎖的對象，默認是當前方法所在類的對象this。
public synchronized void output(String name) {
for(int i=0; i<name.length(); i++) {
System.out.print(name.charAt(i));
}
System.out.println();
}
使用synchronized 對output方法中的代碼塊進行修飾，也可以讓調用者獲得鎖。
public void output(String name) {
synchronized(this){
for(int i=0; i<name.length(); i++) {
System.out.print(name.charAt(i));
}
System.out.println();
}
}
使用synchronized之後，線程1和線程2對output方法實現了互斥訪問。
hello,i am thread 1 hello,i am thread 2 hello,i am thread 1 hello,i am thread 2 hello,i am thread 1 hello,i am thread 2 hello,i am thread 1
先看下面的例子，我們來總結下synchronized的一些常用用法。
public class SynchronizedTest {
public static void main(String[] args) {
new SynchronizedTest().init();
}
private void init() {
final Outputer output = new Outputer();
//線程1打印"hello,i am thread 1"
new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run() {
output.output("hello,i am thread 1");
}
}).start();
//線程2打印"hello,i am thread 2"
new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run() {
output.output("hello,i am thread 2");
}
}).start();
}
static class Outputer {
public synchronized void output(String name) {
for(int i=0; i<5; i++) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(name);
}
}
public void output2(String name) {
synchronized(this) {
for(int i=0; i<5; i++) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(name);
}
}
}
public void output3(String name) {
for(int i=0; i<5; i++) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(name);
}
}
public static synchronized void output4(String name) {
for(int i=0; i<5; i++) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(name);
}
}
public void output5(String name) {
synchronized(Outputer.class) {
for(int i=0; i<5; i++) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(name);
}
}
}
}
}
運行結果
hello,i am thread 1 hello,i am thread 1 hello,i am thread 1 hello,i am thread 1 hello,i am thread 1 hello,i am thread 2 hello,i am thread 2 hello,i am thread 2 hello,i am thread 2 hello,i am thread 2
線程1和線程2同時訪問output 對象的synchronized 修飾的output 方法，即兩個線程競爭的是output 對象的鎖，這是同一個鎖，所以當線程1在持有鎖的時候，線程2必須等待，即下面的用法1。
用法1
當一個線程訪問某個對象的synchronized 方法或者synchronized 代碼塊時，其它線程對該對象的該synchronized 方法或者synchronized 代碼塊的訪問將阻塞。
用法2
當一個線程訪問某個對象的synchronized 方法或者synchronized 代碼塊時，其它線程對該對象的其他synchronized 方法或者synchronized 代碼塊的訪問將阻塞。
修該上面的SynchronizedTest 例子，線程1訪問output方法，線程2訪問output2 方法，運行結果同上，因為output方法 和output2方法都屬於同一個對象output ，因此線程1和線程2競爭的也是同一個鎖。
用法3
當一個線程訪問某個對象的synchronized 方法或者synchronized 代碼塊時，其它線程仍然可以對該對象的其他非synchronized 方法或者synchronized 代碼塊訪問。
修該上面的SynchronizedTest 例子，線程1訪問output方法，線程2訪問output3方法，運行結果是線程1和線程2交替輸出。結果顯而易見，線程2訪問output3方法並不是synchronized 修飾的output 方法或者代碼塊，線程2並不需要持有鎖，因此線程1的運行不會阻塞線程2的運行。
用法4
當synchronized 修飾靜態方法時，鎖住的是該類的Class實例（字節碼對象）。修該上面的SynchronizedTest 例子，線程1訪問output4方法，線程2訪問output5方法，運行結果同用法1，說明線程1和線程2競爭的是Outputer類的Class實例（字節碼對象）的鎖。
多個線程之間往往需要相互協作來完成某一個任務，synchronized 和對象鎖能實現線程互斥，但是不能實現線程通信。
線程之間的通信通過java.lang包中Object類中的wait()方法和notify()、notifyAll()等方法進行。我們知道，Java中每個對象都有一個鎖，wait()方法用於等待對象的鎖，notify()、notifyAll()方法用於通知其他線程對象鎖可以使用。
wait()\notify()\notifyAll()依賴於對象鎖，對象鎖是對象所持有，Object類是所有java類的父類，這樣每一個java類（對象）都有線程通信的基本方法。這就是這些方法定義在Object類中而不定義在Thread類中的原因。
wait()方法的會讓當前線程釋放對象鎖並進入等待對象鎖的狀態，當前線程是指正在cpu上運行的線程。當前線程調用notify()\notifyAll()後，等待對象鎖的線程將被喚醒。
調用wait()方法或者notify()方法的對象必須和對象鎖所屬的對象是同一個對象，並且必須在synchronized方法或者synchronized代碼塊中被調用。
yieId()的作用是給線程調度器一個提示，告知線程調度器當前線程願意讓出CPU，但是線程調度器可以忽略這個提示。因此，yieId()的作用僅僅是告知線程調度器當前線程願意讓出CPU給其他線程執行（竟然只是願意，當前線程可以隨時反悔，那其他線程也不一定能得到CPU執行），而且不會讓當前線程釋放對象鎖。
yieId()能讓當前線程由運行狀態進入到就緒狀態，從而讓其它具有相同優先級的等待線程獲取執行權。但是，並不能保證在當前線程調用yield()之後，其它具有相同優先級的線程就一定能獲得執行權，也有可能當前線程又進入到運行狀態繼續運行。
yieId()只建議在測試環境中使用。
wait()和yield()的區別
（1）wait()是讓線程由運行狀態進入到等待(阻塞)狀態，而yield()是讓線程由運行狀態進入到就緒狀態。
（2）wait()是讓線程釋放它所持有對象的鎖，而yield()方法不會釋放鎖。
下面的例子是“主線程輸出三次接著子線程輸出三次”，重復兩次。
public class WaitnotifyTest {
public static volatile boolean shouldChildren = false;
public static void main(String[] args) throws Exception{
final Outputer outputer = new Outputer();
//創建子線程
Thread chrild = new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run() {
try {
for(int i=0;i<2;i++)
outputer.children();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
chrild.start();
//主線程
for(int i=0;i<2;i++)
outputer.main();
}
}
class Outputer {
//子線程循環輸出
public synchronized void children() throws Exception{
while(!WaitnotifyTest.shouldChildren) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " thread end loop,go to waitting");
//子線程進入等待狀態
this.wait();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " thread start loop");
for(int i=1; i<=3; i++) {
System.out.println("hello,i am chrildren thread,loop:" + i);
}
WaitnotifyTest.shouldChildren = false;
//喚醒主線程
this.notify();
}
//主線程循環輸出
public synchronized void main() throws Exception{
while(WaitnotifyTest.shouldChildren) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " thread end loop,go to waitting");
//主線程進入等待狀態
this.wait();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " thread start loop");
for(int i=1; i<=3; i++) {
System.out.println("hello,i am main thread,loop:" + i);
}
WaitnotifyTest.shouldChildren = true;
//喚醒子線程
this.notify();
}
}
運行結果
main thread start loop hello,i am main thread,loop:1 hello,i am main thread,loop:2 hello,i am main thread,loop:3 main thread end loop,go to waitting Thread-0 thread start loop hello,i am chrildren thread,loop:1 hello,i am chrildren thread,loop:2 hello,i am chrildren thread,loop:3 Thread-0 thread end loop,go to waitting main thread start loop hello,i am main thread,loop:1 hello,i am main thread,loop:2 hello,i am main thread,loop:3 Thread-0 thread start loop hello,i am chrildren thread,loop:1 hello,i am chrildren thread,loop:2 hello,i am chrildren thread,loop:3
volatile修飾shouldChildren，線程直接讀取shouldChildren變量並且不緩存它，修改了shouldChildren立馬讓其他線程可見，這就確保線程讀取到的變量是一致的。
線程本地變量，可能稱為線程局部變量更容易理解，即為每一個使用該變量的線程都提供一個變量值的副本，相當於將變量的副本綁定到線程中，每一個線程可以獨立地修改自己的變量副本，而不會和其它線程的變量副本沖突。在線程消失之後，線程局部變量的所有副本都會被垃圾回收（下面的源碼分析中將提到）。
ThreadLocal
在java.lang.Thread類中，有一個ThreadLocal.ThreadLocalMap類型的變量threadLocals，這個變量就是用來存儲線程局部變量的。
/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained * by the ThreadLocal class. */ ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
下面我們重點分析ThreadLocal的內部實現。ThreadLocal也位於java.lang包中。其主要成員有：
public T get() {}
private T setInitialValue() {}
public void set(T value) {}
private void remove(ThreadLocal key) {}
ThreadLocalMap getMap(Thread t){}
void createMap(Thread t, T firstValue) {}
static class ThreadLocalMap {}
Set
我們從set方法開始。Set方法源碼如下
/**
* Sets the current thread's copy of this thread-local variable
* to the specified value. Most subclasses will have no need to
* override this method, relying solely on the {@link #initialValue}
* method to set the values of thread-locals.
*
* @param value the value to be stored in the current thread's copy of
* this thread-local.
*/
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
先獲取當前的線程，然後通過getMap(t)方法獲取到一個map，map的類型為ThreadLocalMap。
這個map其實就是存儲線程變量的對象threadLocals。ThreadLocalMap是ThreadLocal中的一個內部類，是一個定制的hashmap以便適用於存儲線程本地變量。竟然是定制的hashmap，那麼就有Entry 和table（hashmap的內部實現參考上一篇：Java基礎加強之集合篇（模塊記憶、精要分析））。而ThreadLocalMap中的Entry 繼承了WeakReference，弱引用是不能保證不被垃圾回收器回收的，這就是前文提到的在線程消失之後，線程局部變量的所有副本都會被垃圾回收。此外，Entry 中使用ThreadLocal作為key，線程局部變量作為value。如果threadLocals不為空，則設值否者調用createMap方法創建threadLocals。注意設值的時候傳的是this而不是當前線程t。
/**
* ThreadLocalMap is a customized hash map suitable only for
* maintaining thread local values. No operations are exported
* outside of the ThreadLocal class. The class is package private to
* allow declaration of fields in class Thread. To help deal with
* very large and long-lived usages, the hash table entries use
* WeakReferences for keys. However, since reference queues are not
* used, stale entries are guaranteed to be removed only when
* the table starts running out of space.
*/
static class ThreadLocalMap {
/**
* The entries in this hash map extend WeakReference, using
* its main ref field as the key (which is always a
* ThreadLocal object). Note that null keys (i.e. entry.get()
* == null) mean that the key is no longer referenced, so the
* entry can be expunged from table. Such entries are referred to
* as "stale entries" in the code that follows.
*/
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
接下來我們看看createMap方法
/**
* Create the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
* InheritableThreadLocal.
*
* @param t the current thread
* @param firstValue value for the initial entry of the map
* @param map the map to store.
*/
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
createMap方法其實就是為當前線程的threadLocals變量分配空間並存儲線程的第一個變量。現在我們已經知道線程是如何初始化並設值自己的局部變量了，下面我們看看取值。
Get
/**
* Returns the value in the current thread's copy of this
* thread-local variable. If the variable has no value for the
* current thread, it is first initialized to the value returned
* by an invocation of the {@link #initialValue} method.
*
* @return the current thread's value of this thread-local
*/
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null)
return (T)e.value;
}
return setInitialValue();
}
先獲取當前的線程，然後通過getMap(t)方法獲取當前線程存變量的對象threadLocals，如果threadLocals不為空則取值並返回（注意傳入的key是this對象而不是當前線程t），否則調用setInitialValue方法初始化。setInitialValue和set方法唯一不同的是調用了initialValue進行初始化，也就是在獲取變量之前要初始化。
/**
* Variant of set() to establish initialValue. Used instead
* of set() in case user has overridden the set() method.
*
* @return the initial value
*/
private T setInitialValue() {
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
return value;
}
總的來講，每創建一個線程（Thread對象），該線程即擁有存儲線程本地變量的threadLocals對象，threadLocals對象初始為null，當通過ThreadLocal對象調用set/get方法時，就會對線程的threadLocals對象進行初始化，並且以當前ThreadLocal對象為鍵值，以ThreadLocal要保存的變量為value，存到threadLocals。看下面的例子。
運行結果
創建3個線程，每個線程要保存一個Passenger 對象，並且通過ModuleA 、ModuleB來訪問每個線程對應保存的Passenger 對象。
上面我們討論的是多線程之間如何訪問自己的變量。那麼多線程之間共享變量時如何的呢，看下的例子，線程1對共享變量進行減一操作，線程2對共享變量進行加2操作。
運行結果
線程共享變量，只要對要對共享變量進行修改的代碼進行同步即可。
