Java線程的概念
和其他多數(shù)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言不同，Java內(nèi)置支持多線程編程（multithreaded programming）。

多線程程序包含兩條或兩條以上并發(fā)運(yùn)行的部分。程序中每個(gè)這樣的部分都叫一個(gè)線程（thread），每個(gè)線程都有獨(dú)立的執(zhí)行路徑。因此，多線程是多任務(wù)處理的一種特殊形式。

你一定知道多任務(wù)處理，因?yàn)樗鼘?shí)際上被所有的現(xiàn)代操作系統(tǒng)所支持。然而，多任務(wù)處理有兩種截然不同的類型：基于進(jìn)程的和基于線程的。認(rèn)識(shí)兩者的不同是十分重要的。

對(duì)很多讀者，基于進(jìn)程的多任務(wù)處理是更熟悉的形式。進(jìn)程(process)本質(zhì)上是一個(gè)執(zhí)行的程序。因此，基于進(jìn)程(process-based) 的多任務(wù)處理的特點(diǎn)是允許你的計(jì)算機(jī)同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)或更多的程序。舉例來(lái)說(shuō)，基于進(jìn)程的多任務(wù)處理使你在運(yùn)用文本編輯器的時(shí)候可以同時(shí)運(yùn)行Java編譯器。在基于進(jìn)程的多任務(wù)處理中，程序是調(diào)度程序所分派的最小代碼單位。

在基于線程(thread-based) 的多任務(wù)處理環(huán)境中，線程是最小的執(zhí)行單位。這意味著一個(gè)程序可以同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)或者多個(gè)任務(wù)的功能。例如，一個(gè)文本編輯器可以在打印的同時(shí)格式化文本。所以，多進(jìn)程程序處理“大圖片”，而多線程程序處理細(xì)節(jié)問(wèn)題。

多線程程序比多進(jìn)程程序需要更少的管理費(fèi)用。進(jìn)程是重量級(jí)的任務(wù)，需要分配它們自己獨(dú)立的地址空間。進(jìn)程間通信是昂貴和受限的。進(jìn)程間的轉(zhuǎn)換也是很需要花費(fèi)的。另一方面，線程是輕量級(jí)的選手。它們共享相同的地址空間并且共同分享同一個(gè)進(jìn)程。線程間通信是便宜的，線程間的轉(zhuǎn)換也是低成本的。當(dāng)Java程序使用多進(jìn)程任務(wù)處理環(huán)境時(shí)，多進(jìn)程程序不受Java的控制，而多線程則受Java控制。

多線程幫助你寫(xiě)出CPU最大利用率的高效程序，因?yàn)榭臻e時(shí)間保持最低。這對(duì)Java運(yùn)行的交互式的網(wǎng)絡(luò)互連環(huán)境是至關(guān)重要的，因?yàn)榭臻e時(shí)間是公共的。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)低于計(jì)算機(jī)處理能力，本地文件系統(tǒng)資源的讀寫(xiě)速度遠(yuǎn)低于CPU的處理能力，當(dāng)然，用戶輸入也比計(jì)算機(jī)慢很多。在傳統(tǒng)的單線程環(huán)境中，你的程序必須等待每一個(gè)這樣的任務(wù)完成以后才能執(zhí)行下一步——盡管CPU有很多空閑時(shí)間。多線程使你能夠獲得并充分利用這些空閑時(shí)間。

Java線程模型
Java運(yùn)行系統(tǒng)在很多方面依賴于線程，所有的類庫(kù)設(shè)計(jì)都考慮到多線程。實(shí)際上，Java使用線程來(lái)使整個(gè)環(huán)境異步。這有利于通過(guò)防止CPU循環(huán)的浪費(fèi)來(lái)減少無(wú)效部分。

為更好的理解多線程環(huán)境的優(yōu)勢(shì)可以將它與它的對(duì)照物相比較。單線程系統(tǒng)的處理途徑是使用一種叫作輪詢的事件循環(huán)方法。在該模型中，單線程控制在一無(wú)限循環(huán)中運(yùn)行，輪詢一個(gè)事件序列來(lái)決定下一步做什么。一旦輪詢裝置返回信號(hào)表明，已準(zhǔn)備好讀取網(wǎng)絡(luò)文件，事件循環(huán)調(diào)度控制管理到適當(dāng)?shù)氖录幚沓绦颉Ｖ钡绞录幚沓绦蚍祷兀到y(tǒng)中沒(méi)有其他事件發(fā)生。這就浪費(fèi)了CPU時(shí)間。這導(dǎo)致了程序的一部分獨(dú)占了系統(tǒng)，阻止了其他事件的執(zhí)行。總的來(lái)說(shuō)，單線程環(huán)境，當(dāng)一個(gè)線程因?yàn)榈却Y源時(shí)阻塞（block，掛起執(zhí)行），整個(gè)程序停止運(yùn)行。

Java多線程的優(yōu)點(diǎn)在于取消了主循環(huán)/輪詢機(jī)制。一個(gè)線程可以暫停而不影響程序的其他部分。例如，當(dāng)一個(gè)線程從網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)或等待用戶輸入時(shí)產(chǎn)生的空閑時(shí)間可以被利用到其他地方。多線程允許活的循環(huán)在每一幀間隙中沉睡一秒而不暫停整個(gè)系統(tǒng)。在Java程序中出現(xiàn)線程阻塞，僅有一個(gè)線程暫停，其他線程繼續(xù)運(yùn)行。

線程存在于好幾種狀態(tài)。線程可以正在運(yùn)行（running）。只要獲得CPU時(shí)間它就可以運(yùn)行。運(yùn)行的線程可以被掛起（suspend），并臨時(shí)中斷它的執(zhí)行。一個(gè)掛起的線程可以被恢復(fù)（resume，允許它從停止的地方繼續(xù)運(yùn)行。一個(gè)線程可以在等待資源時(shí)被阻塞（block）。

在任何時(shí)候，線程可以終止（terminate），這立即中斷了它的運(yùn)行。一旦終止，線程不能被恢復(fù)。
線程優(yōu)先級(jí)

Java給每個(gè)線程安排優(yōu)先級(jí)以決定與其他線程比較時(shí)該如何對(duì)待該線程。線程優(yōu)先級(jí)是詳細(xì)說(shuō)明線程間優(yōu)先關(guān)系的整數(shù)。作為絕對(duì)值，優(yōu)先級(jí)是毫無(wú)意義的；當(dāng)只有一個(gè)線程時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的線程并不比優(yōu)先權(quán)低的線程運(yùn)行的快。相反，線程的優(yōu)先級(jí)是用來(lái)決定何時(shí)從一個(gè)運(yùn)行的線程切換到另一個(gè)。這叫“上下文轉(zhuǎn)換”(context switch)。決定上下文轉(zhuǎn)換發(fā)生的規(guī)則很簡(jiǎn)單：
線程可以自動(dòng)放棄控制。在I/O未決定的情況下，睡眠或阻塞由明確的讓步來(lái)完成。在這種假定下，所有其他的線程被檢測(cè)，準(zhǔn)備運(yùn)行的最高優(yōu)先級(jí)線程被授予CPU。
線程可以被高優(yōu)先級(jí)的線程搶占。在這種情況下，低優(yōu)先級(jí)線程不主動(dòng)放棄，處理器只是被先占——無(wú)論它正在干什么——處理器被高優(yōu)先級(jí)的線程占據(jù)。基本上，一旦高優(yōu)先級(jí)線程要運(yùn)行，它就執(zhí)行。這叫做有優(yōu)先權(quán)的多任務(wù)處理。

當(dāng)兩個(gè)相同優(yōu)先級(jí)的線程競(jìng)爭(zhēng)CPU周期時(shí)，情形有一點(diǎn)復(fù)雜。對(duì)于Windows98這樣的操作系統(tǒng)，等優(yōu)先級(jí)的線程是在循環(huán)模式下自動(dòng)劃分時(shí)間的。對(duì)于其他操作系統(tǒng)，例如Solaris 2.x，等優(yōu)先級(jí)線程相對(duì)于它們的對(duì)等體自動(dòng)放棄。如果不這樣，其他的線程就不會(huì)運(yùn)行。

警告：不同的操作系統(tǒng)下等優(yōu)先級(jí)線程的上下文轉(zhuǎn)換可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。
同步性

因?yàn)槎嗑€程在你的程序中引入了一個(gè)異步行為，所以在你需要的時(shí)候必須有加強(qiáng)同步性的方法。舉例來(lái)說(shuō)，如果你希望兩個(gè)線程相互通信并共享一個(gè)復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如鏈表序列，你需要某些方法來(lái)確保它們沒(méi)有相互沖突。也就是說(shuō)，你必須防止一個(gè)線程寫(xiě)入數(shù)據(jù)而另一個(gè)線程正在讀取鏈表中的數(shù)據(jù)。為此目的，Java在進(jìn)程間同步性的老模式基礎(chǔ)上實(shí)行了另一種方法：管程（monitor）。管程是一種由C.A.R.Hoare首先定義的控制機(jī)制。

你可以把管程想象成一個(gè)僅控制一個(gè)線程的小盒子。一旦線程進(jìn)入管程，所有線程必須等待直到該線程退出了管程。用這種方法，管程可以用來(lái)防止共享的資源被多個(gè)線程操縱。

很多多線程系統(tǒng)把管程作為程序必須明確的引用和操作的對(duì)象。Java提供一個(gè)清晰的解決方案。沒(méi)有“Monitor”類；相反，每個(gè)對(duì)象都擁有自己的隱式管程，當(dāng)對(duì)象的同步方法被調(diào)用時(shí)管程自動(dòng)載入。一旦一個(gè)線程包含在一個(gè)同步方法中，沒(méi)有其他線程可以調(diào)用相同對(duì)象的同步方法。這就使你可以編寫(xiě)非常清晰和簡(jiǎn)潔的多線程代碼，因?yàn)橥街С质钦Z(yǔ)言內(nèi)置的。
消息傳遞

在你把程序分成若干線程后，你就要定義各線程之間的聯(lián)系。用大多數(shù)其他語(yǔ)言規(guī)劃時(shí)，你必須依賴于操作系統(tǒng)來(lái)確立線程間通信。這樣當(dāng)然增加花費(fèi)。然而，Java提供了多線程間談話清潔的、低成本的途徑——通過(guò)調(diào)用所有對(duì)象都有的預(yù)先確定的方法。Java的消息傳遞系統(tǒng)允許一個(gè)線程進(jìn)入一個(gè)對(duì)象的一個(gè)同步方法，然后在那里等待，直到其他線程明確通知它出來(lái)。
Thread 類和Runnable 接口

Java的多線程系統(tǒng)建立于Thread類，它的方法，它的共伴接口Runnable基礎(chǔ)上。Thread類封裝了線程的執(zhí)行。既然你不能直接引用運(yùn)行著的線程的狀態(tài)，你要通過(guò)它的代理處理它，于是Thread 實(shí)例產(chǎn)生了。為創(chuàng)建一個(gè)新的線程，你的程序必須擴(kuò)展Thread 或?qū)崿F(xiàn)Runnable接口。

Thread類定義了好幾種方法來(lái)幫助管理線程。本章用到的方法如表所示：