Java线程基础知识
- 创建和运行线程
- 查看线程
- 线程 API
- 线程状态
- 常见的方法
1 创建和运行线程
方法一，直接使用 Thread
// 创建线程对象
Thread t = new Thread() {
public void run() {
// 要执行的任务
}
};
// 启动线程
t.start();例如：
// 构造方法的参数是给线程指定名字，推荐
Thread t1 = new Thread("t1") {
@Override
// run 方法内实现了要执行的任务
public void run() {
log.debug("hello");
}
};
t1.start();方法二，使用 Runnable 配合 Thread
把【线程】和【任务】（要执行的代码）分开
- Thread 代表线程
- Runnable 可运行的任务（线程要执行的代码）
Runnable runnable = new Runnable() {
public void run(){
// 要执行的任务
}
};
// 创建线程对象
Thread t = new Thread( runnable );
// 启动线程
t.start();例如：
// 创建任务对象
Runnable task2 = new Runnable() {
@Override
public void run() {
log.debug("hello");
}
};
// 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐
Thread t2 = new Thread(task2, "t2");
t2.start();
Java 8 以后可以使用 lambda 精简代码
// 创建任务对象
Runnable task2 = () -> log.debug("hello");
// 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐
Thread t2 = new Thread(task2, "t2");
t2.start();原理之 Thread 与 Runnable 的关系
分析 Thread 的源码，理清它与 Runnable 的关系
小结：
- 方法1 是把线程和任务合并在了一起，方法2 是把线程和任务分开了
- 用 Runnable 更容易与线程池等高级 API 配合
- 用 Runnable 让任务类脱离了 Thread 继承体系，更灵活
方法三，FutureTask 配合 Thread
FutureTask 能够接收 Callable 类型的参数，用来处理有返回结果的情况
// 创建任务对象
FutureTask<Integer> task3 = new FutureTask<>(() -> {
log.debug("hello");
return 100;
});
// 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐
new Thread(task3, "t3").start();
// 主线程阻塞，同步等待 task 执行完毕的结果
Integer result = task3.get();
log.debug("结果是:{}", result);2 观察多个线程同时运行
主要是理解
- 交替执行
- 谁先谁后，不由我们控制
3 查看进程线程的方法
windows
任务管理器可以查看进程和线程数，也可以用来杀死进程
- tasklist 查看进程
- taskkill 杀死进程
linux
- ps -fe 查看所有进程
- ps -fT -p <PID> 查看某个进程（PID）的所有线程
- kill 杀死进程
- top 按大写 H 切换是否显示线程
- top -H -p <PID> 查看某个进程（PID）的所有线程
Java
- jps 命令查看所有 Java 进程
- jstack <PID> 查看某个 Java 进程（PID）的所有线程状态
- jconsole 来查看某个 Java 进程中线程的运行情况（图形界面）
4 原理之线程运行
栈与栈帧
Java Virtual Machine Stacks （ Java 虚拟机栈）
JVM 中由堆、栈、方法区所组成，其中栈内存是给谁用的呢？其实就是线程，每个线程启动后，虚拟机就会为其分配一块栈内存。
- 每个栈由多个栈帧（Frame）组成，对应着每次方法调用时所占用的内存
- 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法
线程上下文切换（Thread Context Switch）
因为以下一些原因导致 cpu 不再执行当前的线程，转而执行另一个线程的代码
- 线程的 cpu 时间片用完
- 垃圾回收
- 有更高优先级的线程需要运行
- 线程自己调用了 sleep、yield、wait、join、park、synchronized、lock 等方法
当 Context Switch 发生时，需要由操作系统保存当前线程的状态，并恢复另一个线程的状态，Java 中对应的概念 就是程序计数器（Program Counter Register ），它的作用是记住下一条 jvm 指令的执行地址，是线程私有的
- 状态包括程序计数器、虚拟机栈中每个栈帧的信息，如局部变量、操作数栈、返回地址等
- Context Switch 频繁发生会影响性能
5 常见方法
方法名 | static | 功能说明 | 注意 |
start() | | 启动一个新线 程，在新 的线程 运行 run 方法 中 的代码 | start 方法只是让线程进入就绪，里面代码不一 定立刻 运行（CPU 的时间片还没分给它）。每 个线程对象的 start方法只能调用一次，如果调用 了多次会出现 IllegalThreadStateException |
run() | | 新线程启动后会 调用的方法 | 如果在构造 Thread 对象时传递了 Runnable 参数，则 线程启动后会调用 Runnable 中的 run 方法，否则默 认不执行任何操作。但可以创建 Thread 的子类对象， 来覆盖默认行为 |
join() | | 等待线程运行结 束 | |
join(long n) | | 等待线程运行结 束 , 最多等待 n 毫秒 | |
getId() | | 获取线程长整型 的 id | id 唯一 |
getName() | | 获取线程名 | |
setName(String) | | 修改线程名 | |
getPriority() | | 获取线程优先级 | |
setPriority(int) | | 修改线程优先级 | java 中规定线程优先级是 1~10 的整数，较大的优先级 能提高该线程被 CPU 调度的机率 |
getState() | | 获取线程状态 | Java 中线程状态是用 6 个 enum 表示，分别为： NEW, RUNNABLE, BLOCKED, WAITING, TIMED_WAITING, TERMINATED |
isInterrupted() | | 判断是否被打 断 | 不会清除 打断标记 |
isAlive() | | 线程是否存活 （还没有运行完 毕） | |
interrupt() | | 打断线程 | 如果被打断线程正在 sleep ， wait ， join 会导致被打断 的线程抛出 InterruptedException ，并清除 打断标 记 ；如果打断的正在运行的线程，则会设置 打断标 记 ； park 的线程被打断，也会设置 打断标记 |
interrupted() | static | 判断当前线程是 否被打断 | 会清除 打断标记 |
currentThread() | static | 获取当前正在执 行的线程 | |
sleep(long n) | static | 让当前执行的线 程休眠 n 毫秒， 休眠时让出 cpu 的时间片给其它 线程 | |
yield() | static | 提示线程调度器 让出当前线程对 CPU 的使用 | 主要是为了测试和调试 |
6 start 与 run
调用 run
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread("t1") {
@Override
public void run() {
log.debug(Thread.currentThread().getName());
FileReader.read(Constants.MP4_FULL_PATH);
}
};
t1.run();
log.debug("do other things ...");
}
输出 ：
19:39:14 [main] c.TestStart -main
19:39:14 [main] c.FileReader -read [1.mp4] start ...
19:39:18 [main] c.FileReader -read [1.mp4] end ... cost: 4227 ms
19:39:18 [main] c.TestStart -do other things ...
程序仍在 main 线程运行， FileReader.read() 方法调用还是同步的
调用 start
将上述代码的 t1.run() 改为
t1.start();输出 ：
19:41:30 [main] c.TestStart -do other things ...
19:41:30 [t1] c.TestStart -t1
19:41:30 [t1] c.FileReader -read [1.mp4] start ...
19:41:35 [t1] c.FileReader -read [1.mp4] end ... cost: 4542 ms
程序在 t1 线程运行， FileReader.read() 方法调用是异步的
小结
- 直接调用 run 是在主线程中执行了 run，没有启动新的线程
- 使用 start 是启动新的线程，通过新的线程间接执行 run 中的代码
7 sleep 与 yield
sleep
1. 调用 sleep 会让当前线程从 Running 进入 Timed Waiting 状态（阻塞）
2. 其它线程可以使用 interrupt 方法打断正在睡眠的线程，这时 sleep 方法会抛出 InterruptedException
3. 睡眠结束后的线程未必会立刻得到执行
4. 建议用 TimeUnit 的 sleep 代替 Thread 的 sleep 来获得更好的可读性
yield
1. 调用 yield 会让当前线程从 Running 进入 Runnable 就绪状态，然后调度执行其它线程
2. 具体的实现依赖于操作系统的任务调度器
线程优先级
- 线程优先级会提示（hint）调度器优先调度该线程，但它仅仅是一个提示，调度器可以忽略它
- 如果 cpu 比较忙，那么优先级高的线程会获得更多的时间片，但 cpu 闲时，优先级几乎没作用
Runnable task1 = () -> {
int count = 0;
for (;;) {
System.out.println("---->1 " + count++);
}
};
Runnable task2 = () -> {
int count = 0;
for (;;) {
// Thread.yield();
System.out.println(" ---->2 " + count++);
}
};
Thread t1 = new Thread(task1, "t1");
Thread t2 = new Thread(task2, "t2");
// t1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
// t2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
t1.start();
t2.start();8 join 方法详解
为什么需要 join
下面的代码执行，打印 r 是什么？
static int r = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
test1();
}
private static void test1() throws InterruptedException {
log.debug("开始");
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("开始");
sleep(1);
log.debug("结束");
r = 10;
});
t1.start();
log.debug("结果为:{}", r);
log.debug("结束");
}
分析
- 因为主线程和线程 t1 是并行执行的，t1 线程需要 1 秒之后才能算出 r=10
- 而主线程一开始就要打印 r 的结果，所以只能打印出 r=0
解决方法
- 用 sleep 行不行？为什么？
- 用 join，加在 t1.start() 之后即可
应用之同步（案例 1 ）
以调用方角度来讲，如果
- 需要等待结果返回，才能继续运行就是同步
- 不需要等待结果返回，就能继续运行就是异步
等待多个结果
问，下面代码 cost 大约多少秒？
static int r1 = 0;
static int r2 = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
test2();
}
private static void test2() throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
sleep(1);
r1 = 10;
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
sleep(2);
r2 = 20;
});
long start = System.currentTimeMillis();
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
long end = System.currentTimeMillis();
log.debug("r1: {} r2: {} cost: {}", r1, r2, end - start);
}
分析如下
- 第一个 join：等待 t1 时, t2 并没有停止, 而在运行
- 第二个 join：1s 后, 执行到此, t2 也运行了 1s, 因此也只需再等待 1s
9 interrupt 方法详解
打断 sleep，wait，join 的线程
这几个方法都会让线程进入阻塞状态
打断 sleep 的线程 , 会清空打断状态，以 sleep 为例
private static void test1() throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(()->{
sleep(1);
}, "t1");
t1.start();
sleep(0.5);
t1.interrupt();
log.debug(" 打断状态: {}", t1.isInterrupted());
}输出：
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
at java.lang.Thread.sleep(Thread.java:340)
at java.util.concurrent.TimeUnit.sleep(TimeUnit.java:386)
at cn.itcast.n2.util.Sleeper.sleep(Sleeper.java:8)
at cn.itcast.n4.TestInterrupt.lambda$test1$3(TestInterrupt.java:59)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
21:18:10.374 [main] c.TestInterrupt -打断状态: false
打断正常运行的线程
打断正常运行的线程 , 不会清空打断状态
private static void test2() throws InterruptedException {
Thread t2 = new Thread(()->{
while(true) {
Thread current = Thread.currentThread();
boolean interrupted = current.isInterrupted();
if(interrupted) {
log.debug(" 打断状态: {}", interrupted);
break;
}
}
}, "t2");
t2.start();
sleep(0.5);
t2.interrupt();
}输出：
20:57:37.964 [t2] c.TestInterrupt -打断状态: true
打断 park 线程
打断 park 线程 , 不会清空打断状态
private static void test3() throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("park...");
LockSupport.park();
log.debug("unpark...");
log.debug("打断状态：{}", Thread.currentThread().isInterrupted());
}, "t1");
t1.start();
sleep(0.5);
t1.interrupt();
}输出：
21:11:52.795 [t1] c.TestInterrupt -park...
21:11:53.295 [t1] c.TestInterrupt -unpark...
21:11:53.295 [t1] c.TestInterrupt -打断状态：true
如果打断标记已经是 true, 则 park 会失效
private static void test4() {
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
log.debug("park...");
LockSupport.park();
log.debug("打断状态：{}", Thread.currentThread().isInterrupted());
}
});
t1.start();
sleep(1);
t1.interrupt();
}
输出 :
21:13:48.783 [Thread-0] c.TestInterrupt - park... 21:13:49.809 [Thread-0] c.TestInterrupt - 打断状态：true 21:13:49.812 [Thread-0] c.TestInterrupt - park... 21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - 打断状态：true 21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - park... 21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - 打断状态：true 21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - park... 21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - 打断状态：true 21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - park... 21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - 打断状态：true
提示
可以使用 Thread.interrupted() 清除打断状态
3.11 主线程与守护线程
默认情况下，Java 进程需要等待所有线程都运行结束，才会结束。有一种特殊的线程叫做守护线程，只要其它非守 护线程运行结束了，即使守护线程的代码没有执行完，也会强制结束。
log.debug("开始运行...");
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("开始运行...");
sleep(2);
log.debug("运行结束...");
}, "daemon");
// 设置该线程为守护线程
t1.setDaemon(true);
t1.start();
sleep(1);
log.debug("运行结束...");
输出:
08:26:38.123 [main] c.TestDaemon - 开始运行... 08:26:38.213 [daemon] c.TestDaemon - 开始运行... 08:26:39.215 [main] c.TestDaemon - 运行结束...
注意 垃圾回收器线程就是一种守护线程 Tomcat 中的 Acceptor 和 Poller 线程都是守护线程，所以 Tomcat 接收到 shutdown 命令后，不会等待它们处理完当前请求
12 五种状态
这是从 操作系统 层面来描述的
【初始状态】仅是在语言层面创建了线程对象，还未与操作系统线程关联 【可运行状态】（就绪状态）指该线程已经被创建（与操作系统线程关联），可以由 CPU 调度执行 【运行状态】指获取了 CPU 时间片运行中的状态 当 CPU 时间片用完，会从【运行状态】转换至【可运行状态】，会导致线程的上下文切换 【阻塞状态】 1.如果调用了阻塞 API，如 BIO 读写文件，这时该线程实际不会用到 CPU，会导致线程上下文切换，进入阻塞状态 2.等 BIO 操作完毕，会由操作系统唤醒阻塞的线程，转换至【可运行状态】 3.与【可运行状态】的区别是，对【阻塞状态】的线程来说只要它们一直不唤醒，调度器就一直不会考虑 调度它们 【终止状态】表示线程已经执行完毕，生命周期已经结束，不会再转换为其它状态
13 六种状态
这是从 Java API 层面来描述的
根据 Thread.State 枚举，分为六种状态
- NEW 线程刚被创建，但是还没有调用 start() 方法
- RUNNABLE 当调用了 start() 方法之后，注意，Java API 层面的 RUNNABLE 状态涵盖了 操作系统 层面的 【可运行状态】、【运行状态】和【阻塞状态】（由于 BIO 导致的线程阻塞，在 Java 里无法区分，仍然认为 是可运行）
- BLOCKED ， WAITING ， TIMED_WAITING 都是 Java API 层面对【阻塞状态】的细分，
- TERMINATED 当线程代码运行结束
