一个Java线程的线生（线生 vs 人生）

2023-04-18 15:28 由博学谷狂野架构师发表于 #后端开发

java线程的使用

1. Java多线程概述

下面我们看下Java的多线程

作者: 博学谷狂野架构师
GitHub：GitHub地址（有我精心准备的130本电子书PDF）

只分享干货、不吹水，让我们一起加油！😄

1.1 java天生就是多线程的

一个Java程序从main()方法开始执行，然后按照既定的代码逻辑执行，看似没有其他线程参与，但实际上Java程序天生就是多线程程序，因为执行main()方法的是一个名称为main的线程。

1.1.1 代码案例

执行下面的代码

package chapter01;

import java.lang.management.ManagementFactory;
import java.lang.management.ThreadInfo;
import java.lang.management.ThreadMXBean;

public class ThreadDemo {
    /**
     * 打印出java中所有的线程
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
        ThreadInfo[] threadInfos = threadMXBean.dumpAllThreads(false, false);
        for (ThreadInfo info : threadInfos) {
            System.out.println("[" + info.getThreadId() + "]" + info.getThreadName());
        }
        System.out.println(Thread.activeCount());
    }
}

执行后我们会发现打印了如下的线程信息，说明Java本身就是多线程的

[6] Monitor Ctrl-Break //监控Ctrl-Break中断信号的
[5] Attach Listener //内存dump，线程dump，类信息统计，获取系统属性等
[4] Signal Dispatcher // 分发处理发送给JVM信号的线程
[3] Finalizer // 调用对象finalize方法的线程
[2] Reference Handler//清除Reference的线程
[1] main //main线程，用户程序入口

1.2 线程的生命周期

Thread类提供了六种状态

1.2.1 新建状态(NEW)

当线程对象对创建后，即进入了新建状态，如：Thread thread1 = new MyThread();

1.2.2 运行状态(RUNNABLE)

Java线程中将就绪（ready）和运行中（running）两种状态笼统的称为“运行”。

线程对象创建后，其他线程(比如main线程）调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，等待被线程调度选中，获取CPU的使用权，此时处于就绪状态（ready）。就绪状态的线程在获得CPU时间片后变为运行中状态（running）。

1.2.3 阻塞状态(BLOCKED)

处于运行状态中的线程由于某种原因，暂时放弃对CPU的使用权，停止执行，此时进入阻塞状态，直到其进入到就绪状态，才有机会再次被CPU调用以进入到运行状态

1.2.4 等待状态(WAITING)

进入该状态的线程需要等待其他线程做出一些特定动作（通知或中断）

1.2.5 超时等待(TIMED_WAITING)

该状态不同于WAITING，它可以在指定的时间后自行返回。

1.2.6 终止状态(TERMINATED)

线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周

2. 线程的创建方式

创建线程的方式有两种

2.1 继承Thread类

我们可以通过继承Thread类来使用Java的多线程

package chapter01.create;

/**
 * 创建一个线程并运行
 */
public class threadTest extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程运行");
    }

    public static void main(String[] args) {
        threadTest threadCreate = new threadTest();
        threadCreate.start();
    }
}

2.2 实现 Runnable 接口

实现Runnable 接口并交给Thread进行运行

package chapter01.create;

public class RunnableTest implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程运行");
    }

    public static void main(String[] args) {
        RunnableTest runnableTest = new RunnableTest();
        Thread thread = new Thread(runnableTest);
        thread.start();
    }
}

2.3 Thread和Runnable的区别

Thread才是Java里对线程的唯一抽象，Runnable只是对任务（业务逻辑）的抽象，Thread可以接受任意一个Runnable的实例并执行。

2.3.1 注意事项

有些面试官会说实现线程的方式有三种 Thread、Runnable 以及Callable，但是按照java源码中Thread类中的注释说的实现类的防止只有两种，我们可以看下啊Thread类的源码

3. 线程的终止方式

下面我们看下线程的终止方式有哪些

3.1 线程自然终止

要么是run执行完成了，要么是抛出了一个未处理的异常导致线程提前结束。

3.2 stop终止

暂停、恢复和停止操作对应在线程Thread的API就是suspend()、resume()和stop()，但是这些API是过期的，也就是不建议使用的。

3.2.1 为什么不建议使用

不建议使用的原因主要有：以suspend()方法为例，在调用后，线程不会释放已经占有的资源（比如锁），而是占有着资源进入睡眠状态，这样容易引发死锁问题。

同样，stop()方法在终结一个线程时不会保证线程的资源正常释放，通常是没有给予线程完成资源释放工作的机会，因此会导致程序可能工作在不确定状态下，正因为suspend()、resume()和stop()方法带来的副作用，这些方法才被标注为不建议使用的过期方法。

3.3 中断终止

推荐使用中断的方式来终止线程

安全的中止则是其他线程通过调用某个线程A的interrupt()方法对其进行中断操作,，中断好比其他线程对该线程打了个招呼，“A，你要中断了”，不代表线程A会立即停止自己的工作，同样的A线程完全可以不理会这种中断请求，因为java里的线程是协作式的，不是抢占式的，线程通过检查自身的中断标志位是否被置为true来进行响应。

线程通过方法isInterrupted()来进行判断是否被中断，也可以调用静态方法Thread.interrupted()来进行判断当前线程是否被中断，不过Thread.interrupted()会同时将中断标识位改写为false。

如果一个线程处于了阻塞状态（如线程调用了thread.sleep、thread.join、thread.wait等），则在线程在检查中断标示时如果发现中断标示为true，则会在这些阻塞方法调用处抛出InterruptedException异常，并且在抛出异常后会立即将线程的中断标示位清除，即重新设置为false。

3.3.1 代码案例

package chapter01.stop;

/**
 * 使用Runable的中断
 */
public class ThreadInterrupted implements Runnable {

    private int i = 0;

    @Override
    public void run() {
        while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
            i++;
            System.out.println("线程正在运行");
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            if (i > 10) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().isInterrupted());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new ThreadInterrupted()).start();
    }
}

3.3.2 注意事项

不建议自定义一个取消标志位来中止线程的运行。

因为run方法里有阻塞调用时会无法很快检测到取消标志，线程必须从阻塞调用返回后，才会检查这个取消标志。这种情况下，使用中断会更好，状态位如果跨线程改变状态必须使用volatile来保证可见性。

一般的阻塞方法，如sleep等本身就支持中断的检查。
检查中断位的状态和检查取消标志位没什么区别，用中断位的状态还可以避免声明取消标志位，减少资源的消耗。

注意：处于死锁状态的线程无法被中断

3.4 状态位终止

状态位就是用一个变量来标识线程的运行状态，如果需要停止了就就改变状态位的状态，但是状态位一定要使用 volatile 关键字，否在可能造成多线程状态下的不可见

3.4.1 代码案例

3.4.1.1 使用volatile

使用volatile可以正常中断线程

package chapter01.stop;


public class ThreadFlag implements Runnable {

    protected long i = 0;
    private volatile boolean flag = false;

    @Override
    public void run() {
        while (!flag) {
            i++;
            if (i > 100000) {
                flag = true;
            }
            System.out.println(i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadFlag threadFlag = new ThreadFlag();
        new Thread(threadFlag).start();
    }
}

3.4.1.2 不使用volatile

不使用volatile，会导致线程不能正常中断

package chapter01.stop;

public class ThreadInvisible implements Runnable {
    protected long i = 0;
    /**
     *  不加volatile 会造成多线程的变量不可见，判断不会停止
     */
    public  boolean flag = false;

    @Override
    public void run() {
        while (!flag) {
            i++;
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadInvisible threadFlag = new ThreadInvisible();
        new Thread(threadFlag).start();
        Thread.sleep(1000);
        threadFlag.flag = true;
    }
}

3. run和start的区别

Thread类是Java里对线程概念的抽象，可以这样理解：我们通过new Thread()其实只是new出一个Thread的实例，还没有操作系统中真正的线程挂起钩来。只有执行了start()方法后，才实现了真正意义上的启动线程。

start()方法让一个线程进入就绪队列等待分配cpu，分到cpu后才调用实现的run()方法，start()方法不能重复调用，如果重复调用会抛出异常。

而run方法是业务逻辑实现的地方，本质上和任意一个类的任意一个成员方法并没有任何区别，可以重复执行，也可以被单独调用。

4. 其他的线程相关方法

下面我们看下线程的其他方法有哪些

4.1 sleep方法

使当前线程（即调用该方法的线程）暂停执行一段时间，让其他线程有机会继续执行，但它并不释放对象锁,也不释放占用的资源。

也就是说如果有synchronized同步快，其他线程仍然不能访问共享数据，注意该方法要捕捉异常。

例如有两个线程同时执行(没有synchronized)一个线程优先级为MAX_PRIORITY，另一个为MIN_PRIORITY，如果没有Sleep()方法，只有高优先级的线程执行完毕后，低优先级的线程才能够执行；但是高优先级的线程sleep(500)后，低优先级就有机会执行了。

总之，sleep()可以使低优先级的线程得到执行的机会，当然也可以让同优先级、高优先级的线程有执行的机会。

4.1.1 代码案例

package chapter01.method;

import util.ThreadUtils;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ThreadSleep {
    public static void main(String[] args) {
        sleep1();
        sleep2();

    }

    public static void sleep1() {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            System.out.println("xxxxxxxxxxxxxxxxxx");
            ThreadUtils.sleep(1, TimeUnit.SECONDS);
        });
        //thread.setPriority(100);
        thread.start();
    }

    public static void sleep2() {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            System.out.println("xxxxxxxxxxxxxxxxxx");
            ThreadUtils.sleep(1, TimeUnit.SECONDS);
        });
        //thread.set
        thread.start();
    }

}

4.2 join方法

把指定的线程加入到当前线程，可以将两个交替执行的线程合并为顺序执行。

比如在线程B中调用了线程A的Join()方法，直到线程A执行完毕后，才会继续执行线程B

注意： t.join()方法只会使主线程进入等待池并等待t线程执行完毕后才会被唤醒。并不影响同一时刻处在运行状态的其他线程

4.2.1 代码案例

package chapter01.method;

import util.ThreadUtils;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ThreadJoin {
    public static void main(String[] args) {
       Thread thread1 =  new Thread(()->{
           for(int i=0;i<10;i++) {
               System.out.println("111111111111111");
               ThreadUtils.sleep(1, TimeUnit.SECONDS);
           }
        });

        Thread thread2 =  new Thread(()->{
            try {
                thread1.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            for(int i=0;i<10;i++){
                System.out.println("2222222222222");
                ThreadUtils.sleep(1, TimeUnit.SECONDS);
            }
        });
        thread1.start();
        thread2.setDaemon(true);
        thread2.start();
    }
}

4.3 yield方法

yield()应该做的是让当前运行线程回到可运行状态，以允许具有相同优先级的其他线程获得运行机会。

因此，使用yield()的目的是让相同优先级的线程之间能适当的轮转执行。但是，实际中无法保证yield()达到让步目的，因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。

yield()是将线程从运行状态变更为就绪状态，不会变为等待/睡眠/阻塞状态，注意：yeid方法是不释放资源的。

4.3.1 代码案例

package chapter01.method;

import util.ThreadUtils;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ThreadYield {

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(()->{
           // Thread.yield();
            System.out.println("1111111111");
            ThreadUtils.sleep(1, TimeUnit.SECONDS);
        });

        Thread thread2 = new Thread(()->{
            System.out.println("22222222222");
            ThreadUtils.sleep(1, TimeUnit.SECONDS);
        });
        thread1.start();
        thread2.start();

    }
}

5 线程的优先级

在Java线程中，通过一个整型成员变量priority来控制优先级，优先级的范围从1~10

在线程构建的时候可以通过setPriority(int)方法来修改优先级，默认优先级是5，优先级高的线程分配时间片的数量要多于优先级低的线程。

设置线程优先级时，针对频繁阻塞（休眠或者I/O操作）的线程需要设置较高优先级，而偏重计算（需要较多CPU时间或者偏运算）的线程则设置较低的优先级，确保处理器不会被独占，在不同的JVM以及操作系统上，线程规划会存在差异，有些操作系统甚至会忽略对线程优先级的设定

5.1 代码案例

package chapter01.priority;

import util.ThreadUtils;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 执行的时候优先级越高 越容易执行到该线程
 */
public class ThreadPriority {

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            while (true) {
                System.out.println("1111111111111111");
                ThreadUtils.sleep(1, TimeUnit.SECONDS);
            }

        });
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            while (true) {
                System.out.println("22222222222222222");
                ThreadUtils.sleep(1, TimeUnit.SECONDS);
            }
        });
        thread1.setPriority(1);
        thread2.setPriority(7);
        thread1.start();
        thread2.start();
    }

}

6. 守护线程

Daemon（守护）线程是一种支持型线程，因为它主要被用作程序中后台调度以及支持性工作。

这意味着，当一个Java虚拟机中不存在非Daemon线程的时候，Java虚拟机将会退出，可以通过调用Thread.setDaemon(true)将线程设置为Daemon线程，我们一般用不上，比如垃圾回收线程就是Daemon线程

Daemon线程被用作完成支持性工作，但是在Java虚拟机退出时Daemon线程中的finally块并不一定会执行，在构建Daemon线程时，不能依靠finally块中的内容来确保执行关闭或清理资源的逻辑，也可以理解为等程序的所有的用户线程结束后，守护线程也将结束。

注意：守护线程必须在start之前设置，否则会报错。

6.1 代码案例

package chapter01.daemon;

import util.ThreadUtils;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ThreadDaemon {
    public static void main(String[] args) {

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            while (true) {
                System.out.println("1111111111111");
                ThreadUtils.sleep(1, TimeUnit.SECONDS);
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                System.out.println("22222222222");
                ThreadUtils.sleep(1, TimeUnit.SECONDS);
            }
        });

       /* Thread thread3 = new Thread(() -> {
            while (true) {
                System.out.println("3333333333333");
                ThreadUtils.sleep(1, TimeUnit.SECONDS);
            }
        });*/
        thread1.setDaemon(true);
        thread1.start();
        thread2.start();
        //thread3.start();

    }

}

本文由传智教育博学谷狂野架构师教研团队发布。

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