Java的多執行緒，由基礎開始認識Threading

一個應用程式或行程（Process）可以向作業系統取得多個執行緒（threads），多個執行緒可以模擬出平行處理的效果。一個具備單一（此處的CPU僅考慮單核心）的系統，事實上同一時間只能執行一件事，但如果將一個CPU的執行時間切割為很小的單位，將這些單位分給多個行程去使用，就可以模擬出多工（multi-task）的效果，如下圖。

一個可以執行的Java類別，在main這個特別的方法被執行時，也就擁有了作業系統的一個執行緒，由main方法的開始到結束，都使用這個單一執行緒。因此，假如我想設計一個賽馬的程式，就只能讓一匹馬從起點跑到終點，如果想要設計出多匹馬一起跑，而且各自跑到終點，那就要使用多執行緒的功能。
Java語言中，java.lang.Thread類別就是設計讓使用者向作業系統取得額外的執行緒，並在這個執行緒類別中，放入設計師想要做的工作，開發人員只需要繼承Thread類別即可讓新類別具備執行緒的能力。另外，若我們設計的類別已經繼承了某類別時，因Java語言單一繼承的限制性，而無法繼承Thread類別時，則可以利用java.lang.Runnable這個介面達到多執行緒的目的，本系統文章後續將說明如何利用Thread類別與Runnable介面來設計多執行緒的程式。
為了要展示執行緒的效果，有時會在程式碼中使用大量的迴圈讓它不要執行慢一點，好看得出它的效用。當然，在練習時可以這麼做，但這只會在執行時增加不必要的CPU負荷。若要有停頓效果，應使用讓執行緒暫停的方法，如sleep(50)可讓執行緒進入休眠50毫秒，刻意使執行速度放慢，才能看出其差異。

執行緒

一個程式在執行過程中可以擁多個執行緒，這些執行緒可以由開發人員決定而擁有不同層級的優先權（priority），而且，每個執行緒都有四種狀態：

• 執行中（Running）
  • 執行緒正在執行當中。
• 暫停（Suspended）
  • 暫停已在執行當中的執行緒，但可以讓它繼續執行（resume）。
• 被阻擋（Blocked）
  • 執行緒因某個特定的資源被其他執行緒占用時，會進入等待的狀態。
• 終止（Terminated）
  • 執行緒被終止或停止，但無法再繼續執行。

java.lang.Thread類別的方法

可以利用繼承Thread類別或實作Runnable介面來產生執行緒，Thread類別設計了許多管理執行緒的方法，常用的方法有：

• String getName()
  • 取得執行緒的名稱
• void run()
  • 執行緒的主要工作內容
• void start()
  • 啟動執行緒的方法
• int getPriority()
  • 取得執行緒的優先權值
• boolean isAlive()
  • 執行緒是否存活著？
• void join()
  • 等待執行緒結束，進入終止狀態
• void sleep(long millis)
  • 使執行緒進入睡眠狀態，傳入值為睡眠時間，單位是毫秒

main方法也是個執行緒

每個Java應用程式都擁有一個執行緒，因為main方法執行時，一定會產生一個執行緒（main thread），讀者可以在main方法區塊中，利用Thread類別的方法currentThread()便可得到目前的執行緒物件，如下程式範例，可取得執行緒的名稱（getName()），或改變該執行緒的名稱（setName()方法）。

public class ThreadName {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thr = Thread.currentThread();
        System.out.println("目前執行緒名稱:"+thr.getName());
        thr.setName("DEMO");
        System.out.println("更改後的名稱:"+thr.getName());
    }
}

執行結果：

目前執行緒名稱:main
更改後的名稱:DEMO

兩匹馬假賽跑

若只有使用main方法來設計賽馬的程式，不能達到實際的需求，以下的程式利用for迴圈讓兩匹馬（整數h1與h2）從0加到5000，看那匹馬先到終點（5000）：

public class RacingNG {
    public static void main(String[] args) {
        int h1 = 0;
        int h2 = 0;
        for (int i=0; i<5000; i++){
            h1++;
            h2++;
            System.out.println("H1:"+h1);
            System.out.println("H2:"+h2);
        }
    }
}

執行結果，每一次執行一定是h1先到達終點：

（省略）
H1:4996
H2:4996
H1:4997
H2:4997
H1:4998
H2:4998
H1:4999
H2:4999
H1:5000
H2:5000

每次執行結果都一樣是不符合實際需求的，因此，我們應該把h2的工作（從0加到5000）「搬到」另一個執行緒去處理，讓main執行緒與新執行緒一起執行，要達到這個功能，我們需要的是Thread類別。

如何使用java.lang.Thread類別來產生第二個執行緒呢? 下一篇將從【繼承Thread類別】開始實作一個賽馬程式。
下一篇: Java執行緒，以賽馬為例，學習如何繼承Thread與實作Runnable

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