今天我们来聊聊Java多线程的问题，多线程在并发编程中尤其重要，从jdk1.0引入的Thread 类和Runable接口，以及到后来的jdk1.5版本引入的Callable 接口，已经让多线程编程变的越来重要，功能越来越强大，从之前一个线程执行完后没有返回结果，到后期的一个线程执行完后可以返回执行结果，都在直接影响我们的程序的设计思路。本文章会把通过不同的多线程实现用详细的例子给大家展示出来，其中还涉及到部分线程池和其他相关的东西，希望通过本章的讲解能够让大家对多线程有一个深入的了解。

本文的内容还是通过先理论，后实践，在衍生、最后总结的方式一条线给大家顺下来，网上有一些关于多线程相关的技术文章，但是大部分都支离破碎，碎片化的知识加上跳跃式的章节让一些初学者没有头绪。如果大家耐心的读完本文章，并且根据本文章的示例运行一遍相关的程序，你基本就掌握了Java多线程技术，后期结合自己在工作种的一些经验，我相信大家的技术会更上一层。在这里用一句话和大家共勉：天行健，君子以自强不息。地势坤，君子以厚德载物。

第一个问题，就是线程和进程的关系，可能好多人初学者搞不清楚这个概念，什么是进程什么线程从不同的理解角度去看，可能有不同种说法，网上有人从CPU执行时间角度去说的，有人从程序调度角度去说的，各有各的说法，但是只要你理解得当，都可以说没问题了。就比如形容“幸福”，每个人理解的角度不同，在你饿的时候吃一顿饭，是幸福，渴的时候喝一瓶水喝，是幸福，累的时候有觉睡，是幸福，无聊的时候打个游戏都是幸福，不同的角度阐述的问题不同，今天我们就从程序员理解的角度去说，什么是进程，什么是线程？

进程就是操作系统对一个应用程序分配资源(比如：CPU，内存，磁盘、GPU，上下文环境等)的一个单位，而线程是在这个单元内进一步颗粒化的一个资源利用，比如说：我们启动QQ程序，那么系统就会给QQ程序分配各种资源，这个QQ程序我们就可以统称为一个进程。在QQ程序中，我们可以聊天，可以一对一聊天，也可以群聊，也可以下载文件等，但是我们这些操作都是在QQ这个程序(我们称之为进程)中执行了，在这里面的每一步操作，都是基于QQ进程的环境和上下文为依据的，这里每一个操作都被称为一个线程，那么他们是如何执行呢？比如说我同时和10个人聊天，那么这10个线程首先会放到一个线程池里，然后根据CPU执行的情况，去调用每一个线程。由于CPU执行的速度非常快，给我们感觉是一次行执行完毕，其实他内部是挨个去执行的。下面我们看个进程的图例：

TIM这个进程，在widow情况下，理论可以申请到4G的内存空间，CPU可以分配的情况不同环境下不同，假如TIM现在CPU可以分配到40%，内存可以分配到2G，GPU最大可以分配20%的情况下，我们如果TIM同时启动1000个线程进行文件下载操作，那么这部分线程的资源环境都是基于TIM进程分配的最大资源环境下进行的，假如我们这1000个线程是按照编号从1到1000.CPU执行完编号1的线程后，如果编号3准备好，那么他可能就线执行3号线程，然后在执行2号线程，由于CPU执行的速度很快，给我们感觉是在一起执行，其实CPU内部的调度也是挨个去执行的。

对线程有了一个初步认识后，我们在大脑建立一个抽象的模型，可以构思一下，线程也是有生命周期的。比如我们人类，从出生到死亡，在整个生命轴上，我们可以吃饭睡觉，生病健康。线程也类似，他被创建和死亡，有各种状态，下面我们通过图例说说线程的六种状态：

第一种：新建状态(new)：创建一个线程，但线程并未启动。线程没有执行run()、start()或者execute()方法。

第二种：可运行状态(runable)：线程执行run()、start()或者execute()方法，进入线程池等待被线程调度选中。

第三种：阻塞状态(blocked)：当前线程在等待另一个线程的执行，比如等待一个synchronized修饰的方法或者块。

第四种：等待状态(waitting)：处于这种状态的线程不会被CPU分配时间片。如果没有其他线程唤醒，将无限期等待下去

第五种：有时间等待状态(timed_waitting)：处于这种状态的线程不会被CPU分配时间片，在指定的时间段内线程将被自动换醒。

第六种：死亡状态(terminated)：线程结束后的一种状态。

这六种状态都来自Enum Thread.State枚举类中，我们通过程序先来看第一种状态(new)：

这种状态就是线程通过new的方式刚被创建，没有调用run()方法，可以称之为一个简单的线程壳。

第二状态是在线程执行run()或者start()方法后，在java 虚拟机上的一种执行，他可能在等待来自操作系统的资源分配，比如等待获CPU时间片。下面我通过示例来看：

控制台可以看到当前俩个线程的状态，main线程是一个runable状态，一直在等带分配资源，而WaitingThread线程是一个waiting状态，此时如果不手动终止程序执行，这俩个线程将一直保持该状态直到天长地久。

那么大家通过上面的示例，我们可以明白，通过调用wait()方法，可以使线程进入waiting状态，其实线程进入waiting状态有三种方式：

1. 调用wait()方法，没有设置时间，。

2. 调用join()方法，在等待其他线程终止时。

下面我们通过示例演示调用join()方法，使线程进行等待状态，第三种方式，不在这里演示，大家自行测试。

通过join()方法的源码，我们可以看到，在join()方法内部其实也是调用 的wait()方法：

接下来我们time_waiting 状态，他是线程在指定的时间内等待，通过javaAPI我们可以看到，他有五种方法，可以让线程进行等待状态：

三：多线程三种实现方式

多线程的实现有三种方式，从jdk1.0的THread 类Runable 接口，到jdk1.5的Callable接口。下面我们通过详细的示例讲解三种实现方式。

通过继承Thread类实现，该类位于java.lang包下，他实现了Run able接口，有8个构造方法和若干个实现的方法，下面我们通过例子在展示：

这是一个非常简单的通过继承Thread类实现的一个线程，在他的run()方法里面主要干了一件事，就是每隔2秒循环一个数字，从0开始直到9结束。在这里我们是用的是用的java.util.concurrent.TimeUnit枚举类，该类下面有7个枚举常量，分别是

通过该枚举常量然后调用sleep()方法，可以给我们非常直观的时间概念，比如说我想让想让当前线程睡眠1秒，那么我们就可以TimeUnit.SECONDS.sleep(1)，是不是比Thread.sleep(1000) 看起来更加符合人类的语言呢？？

第二种放方式是通过实现Runable接口创建线程，对于通过实现接口比继承的好处有很多，我就步一一在这里阐述， 但是在多线程中，通过实现接口实现多线程一个重要的优势是，线程池只接受接口。我们看一下jdkAPI的几个线程池提交方法：

他都是只接受接口，其中就是Runable 和Callable接口。当然了，类也不是说一无是处，他有自己的优点，比如说类中start()方法，就是一个异步启动执行线程的，后面我们在区别和联系中会详细讲解到。

下面我们看通过Runbale运行的后示例：

通过控制台，我们可以看到输出的详细信息，如果大家仔细查看的话，发现是按顺序先执行线程1，然后在执行线程2，这个就是run()执行的步骤：

Callable接口的出现是为了满足线程执行完毕后返回结果而出现的，我们都知道，通过实现Runable接口和继承Thread类运行run()方法后， 该类是没有返回值的，假设我对一个班级的学生成绩统计后返回一个list，那么我就没法通过run()方法去实现，我只能通过一个类的全局变量，然后在run()方式里面复制去实现，如果一个线程没有问题，线程多的话，就涉及到一个变量共享问题，导致我存的数据可能不是我想要的。那么Callable就能解决该问题，下面我们通过示例展示callable接口的实现：

通过上述例子我们可以看到，通过实现Callable 接口，调用他对于的call方法可以返回具体执行的对象，在本例程序中，我们处理一个人员名称对象列表，然后获取姓氏，可以通过统计该列表中每个姓氏人员有多少个，通过call()方法实现后，我们将处理的lists返回，通过控制台打印后，我们可以看到返回的结果：

其中，在call()方法中，我们使用了jdk1.8最新的lambda表达式，在以后的文章中，我会详细简绍lambda表达式。

通过上面的示例，我们基本了解了三种线程的实现方式，也对三种实现方式有了最基本认识，那么下面我们就一起来看看他们的区别和联系：

2.    Thread类有个一个start()方法，他是可以做的多线程异步执行，通过上面的示例，我们可以很明确的了解到，start()方式执行后，线程并不是按照顺序执行的。

3.    Runable是一个接口，最后的好处是接口可以多实现，而类是个单继承，其次，如果我们在实际业务中用到线程池及时，那么我们就的使用Runable或则Callable接口了，上面我们也讲到线程池只接受接口参数。

4.  Callable也是一个接口，他可以接受一个泛型，是为了返回值做准备的，通过上面的示例我们也可以看到，Callable最大最好用的是call()方法可以返回你想要的任何数据。

5.    关于线程优先级这块，在这里不做详细讲解，在实际业务的涉及到线程优先级的很少，而且如果控制不当，很容易造成严重的后果，在后面我们会重点介绍一下线程锁的详细使用。

上面我们详细了介绍了线程的几种状态，并且通过各种示例对线程的状态进行详细的展示，下面我们总结一下线程之间这几种状态的转换。大家可以结合上面示例和本图进行一个详细的理解，这样有助于对线程状态的进一步深入了解。

首先我们看start方法源码：

在start()方法源码中，调用了一个start0()方法，我们可以看到start0()方法是通过private native void start0() native进行修饰的，该方法是一个原生态的方法，方法的实现不在当前文件中，下面我们通过示例展示run()方法和start()方法的的区别：

通过输出控制台我们可以看到，run()方法是直接运行在main函数中的主线程中执行的(准确的说是被创建新线程的当前线程所执行，如果我们在Thread2中执行Thread1的run()方法，你会发出他输出的是Thead2的名称)。：

而我们通过start()方法执行后，通过控制台发现他是在当前线程下执行的：

通过上述我们发现，run()方法其实他是当作一个普通的方法执行的，他必须等run()方法体内程序逻辑执行完毕后，才会执行后续的代码，而start()方法是真是意义上的多线程，他的执行不会去等待run()方法体内的逻辑，下面我们在通过一个打印序列进一步了解这俩个方法执行的逻辑。

虽然我们执行过程中计划是先循环1到10，然后在循环10到20，可是实际上通过start()方法后，他马上把该线程状态设置为可运行状态，放入等待队列，然后执行下个操作，他不会等run()方法体的具体执行情况，通过控制台我们可以看到，他的输出不是有序的，start()方法可以说才是真正的多线程模式。

然后我们在看run()方法执行过程，run()方法是按顺序执行的，只有第一个线程执行完毕后，才会执行第二个线程，不管你执行多少次都是有序的输出，和start()方法不同，start()方法我们可以多次尝试发现，每次执行输出的结果都会不一样。：

接下来我们看call()方法，该方法是Callable接口中唯一的一个方法，返回一个Object对象，如果我们通过实现Callable接口然后调用call()方法，发现他出和run()方法有点类似，除了他能返回结果外。其中都是在main主线程中执行的，并且执行的过程中都是有顺序的，下面我们看看具体是示例：

在实际应用中，Callable会和Future以及ExecutorService线程池结合使用，具体详细的讲解我们在下面线程池技术中一一列出。

我们在讨论多线程的时候，不得不提线程池，在实际生产环境应用中，有好多大名鼎鼎的相关插件在帮我们管理者线程池，不需要我们自己去写程序实现，实际上，线程方法面的技术比较复制，有时候我们多线程运用不当，会造成非常严重的问题，而这些问题有时候又是无法即使讲解和定位的。比如说我们在本地模拟一个聊天程序，一个服务器处理1万个用户简单的聊天请求，如果我们在本地气1万个线程去响应用户请求，我们估计电脑马上就会奔溃，这时候我们就需要用到线程池。

我相信大家看到这里的时候，多前面线程有一个基本的了解和应用，那么在这里讲解线程池技术我会穿插一些新的知识点，帮助大家进一步加深理解，比如：线程安全和共享资源问题、线程避免死锁问题、阻塞队列和同步器问题、以及讲解一下阿姆达尔定律。那么下面我们就言归正传，先看一下jdk API中和线程池相关的几个类和接口。在jdk1.5之后Java通过突出推出一套executor框架来专门用与处理线程池相关问题，他能够分解任务、任务调度和执行相关线程，下面我们通过我们通过一个

上面是用powerdesigner 简单的画了一个类图，在这里变常用到并且设计到的类和接口大致这么多，有一部分由于篇幅有限，我在这里没有一一罗列，具体的一些继承和实现类的方法大家可以查看API。从上面我们可以看到，创建线程池是通过Executors类的五个方法，也就是五种创建线程池方式。

创建一个单线程执行程序，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。(注意，如果因为在关闭前的执行期间出现失败而终止了此单个线程，那么如果需要，一个新线程会代替它执行后续的任务)。可保证顺序地执行各个任务，并且在任意给定的时间不会有多个线程是活动的。与其他等效的 newScheduledThreadPool(1) 不同，可保证无需重新配置此方法所返回的执行程序即可使用其他的线程。

创建新的线程。他适用于一些生命周期非常短的任务，因为没有线程池上线，如果操作IO时间长，处理业务复制的问题，将会导致创建大量线程，最终会导致内存溢出问题。

创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。API官方文档是这么描述的：

核心点：创建固定数量的线程，

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