作者:​​半身风雪​

上一篇:​​线程之间的共享和协作​


@​​TOC​



前言

【Java 线程系列】Java 天生就是多线程_java


一、Java 中的线程

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。

    public static void main(String[] args) {

// java 虚拟机线程系统的管理接口
ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
// 不需要获取同步的monitor 和synchronizer 信息,仅仅获取线程和线程堆栈信息
ThreadInfo[] threadInfos = threadMXBean.dumpAllThreads(false, false);
// 遍历线程,仅打印线程ID 和线程名称信息
for (ThreadInfo threadInfo : threadInfos) {
System.out.println("线程ID" + threadInfo.getThreadId() + "线程名" + threadInfo.getThreadName());
}
}

上面代码输出的结果:

【Java 线程系列】Java 天生就是多线程_java_02

  1. $\textcolor{red}{Monitor Ctrl-Break}$ 监控 Ctrl-Break 中断信号的
  2. $\textcolor{red}{Signal Dispatcher}$ 分发处理发送给 JVM 信号的线程
  3. $\textcolor{red}{ Finalizer }$ 调用对象 finalize 方法的线程
  4. $\textcolor{red}{Reference Handler}$ 清除 Reference 的线程
  5. $\textcolor{red}{ main }$ main 线程,用户程序入口

从上面的例子中,我们能发现,在Java中短短的几行代码,就给我们启动了5个线程,当然,不同的版本,启动的线程数量也不一样,由此我们可以得出:**Java

天生就是多线程的**

1、启动

线程的启动方式有两种(源码中的注释是这么写的)参见代码:cn.enjoyedu.ch1.base.NewThread:

  1. X extends Thread;,然后 X.start
  2. X implements Runnable;然后交给 Thread 运行

示例代码:(派生自Thread 类,来实现我们的两种线程启动方式)

 /**
* 扩展自Thread 类
*/
private static class UserThread extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println("UserThread.run");
}
}

/**
* 扩展自 Runnable 类
*/
private static class UserRunnable implements Runnable {

@Override
public void run() {
System.out.println("UserRunnable.run");
}
}

public static void main(String[] args) {

UserThread userThread = new UserThread();
userThread.start();

UserRunnable userRunnable = new UserRunnable();

new Thread(userRunnable).start();

}

Thread 和 Runnable 的区别:

  • ​Thread​​ 是Java 里对线程的唯一抽象。
  • ​Runnable​​ 是Java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、中止

  • ​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。
  • ​stop:​​暂停、恢复和停止操作对应在线程ThreadAPI就是​​suspend()、resume() 和 stop()​​。但是这些API都是过期的,不再建议使用。不建议使用的主要原因有:以​​suspend()​​方法为例,在调用后,线程不会释放已占有的资源(比如锁),而是占有资源进入睡眠状态,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的机会,因此会到导致程序可能工作在不确定的状态下。整因为​​suspend()、resume() 和 stop()​​ 方法带来的副作用,这些方法才会被标注为不建议使用的过期方法中。
  • ​中断:​​安全的中止则是其它线程通过调用线程A的​​interrupt()​​ 方法对其进行中止操作,中断代表着其它线程对A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A线程可以不理会这种请求。因为Java 中的线程是协作式的,不是抢占式。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。
 private static class UserThread extends Thread{

public UserThread(String name){
super(name);
}

@Override
public void run() {
String threadName = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(threadName + "interrupt flag = " + isInterrupted());

while (!isInterrupted()){
// while (!Thread.interrupted()){
// while (true){
System.out.println(threadName+ "is running");
System.out.println(threadName+ "inner interrupt flag = "+ isInterrupted());
}
System.out.println(threadName+ "interrupt flag = " + isInterrupted());
}
}


public static void main(String[] args) {
Thread endTread = new UserThread("endTread");
endTread.start();
try {
Thread.sleep(20);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 中断线程, 其实设置线程的标识位
endTread.interrupt();
}

运行上面的代码:

【Java 线程系列】Java 天生就是多线程_java_03

  • 我们发现,在使用​​isInterrupted()​​ 进行线程中断的之后,​​isInterrupted()​​会返回一个true。我们一起来看一下​​isInterrupted()​​ 方法的源码:

【Java 线程系列】Java 天生就是多线程_ide_04

  • 我们再使用一下​​静态的 interrupted()​​ 方法,他返回的也是一个bool 值,先看一下这个方法的源码:

【Java 线程系列】Java 天生就是多线程_优先级_05

  • 从源码中我们发现,它返回也是中断标识符,但是,它把中断标识符给重新赋值成了true。我们来看一下运行效果

【Java 线程系列】Java 天生就是多线程_优先级_06

由此我们可以总结出:**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​​。**


3、阻塞

  • 如果一个线程处于阻塞状态(​​如线程调用了 thread.sleep、thread.join、 thread.wait 等)​​,则线程在检查中断标识时,如果发现中断标识位​​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识位清除,即重新设置为​​true​​。

private static class UserThread extends Thread{

public UserThread(String name){
super(name);
}

@Override
public void run() {
String threadName = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(threadName + "interrupt flag = " + isInterrupted());

while (!isInterrupted()){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(threadName+ "inner interrupt flag = "+ isInterrupted());
e.printStackTrace();
}

System.out.println(threadName+ "is running");

}
System.out.println(threadName+ "interrupt flag = " + isInterrupted());
}
}


public static void main(String[] args) {
Thread endTread = new UserThread("endTread");
endTread.start();
try {
Thread.sleep(20);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 中断线程, 其实设置线程的标识位
endTread.interrupt();
}

上面代码运行结果:

【Java 线程系列】Java 天生就是多线程_ide_07

  • 那么像这种,我们该怎么去中中断操作呢?只需要在​​catch​​ 中调用​​interrupt()​​ 方法就可以了

【Java 线程系列】Java 天生就是多线程_ide_08

代码运行结果:

【Java 线程系列】Java 天生就是多线程_ide_09

4、深入理解run 和 start

【Java 线程系列】Java 天生就是多线程_java_10

  • 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,还没有和操作系统中真正的线程挂起勾来。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​​run()​​方法,​​start()​​ 方法不能重复调用,如果重复调用,就会抛出异常。
  • 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,也可以单独调用。

那么start() 和 run() 有什么区别呢?请看代码:

    private static class UserThread extends Thread{


@Override
public void run() {
int i = 90;
while (i > 0){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

System.out.println("I am "+Thread.currentThread().getName()+"and now the i="+ i--);
}
}
}


public static void main(String[] args) {
Thread endTread = new UserThread();
endTread.setName("threadRun");
endTread.start();

}

代码运行结果:(观察运行结果,我们可以得出,调用start() 方法的时候,执行start() 方法的是子线程)

【Java 线程系列】Java 天生就是多线程_优先级_11

我们修改一下代码,调用​​run()​​ 方法

 public static void main(String[] args) {
Thread endTread = new UserThread();
endTread.setName("threadRun");
endTread.run();

}

查看运行结果:(观察运行结果,我们可以得出,调用run() 方法的时候,执行run() 方法的是主线程)

【Java 线程系列】Java 天生就是多线程_优先级_12

5、join 方法

  • join() 方法是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。
  static class Students implements Runnable {

private Thread thread;

public Students(Thread thread) {
this.thread = thread;
}

public Students() {
}

@Override
public void run() {
System.out.println("学生开始排队打饭。。。。。");
try {
if (thread != null) thread.join();
// 休眠2 秒
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

System.out.println("学生打饭完成");
}
}

static class Teacher implements Runnable {


@Override
public void run() {


try {
// 休眠2 秒
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

System.out.println("老师开始打饭、、、、、");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "老师打饭完成。");
}
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Teacher teacher = new Teacher();
Thread teaThread = new Thread(teacher);
Students students = new Students(teaThread);
Thread stuThread = new Thread(students);
stuThread.start();
teaThread.start();

System.out.println("我开始打饭、、、、、");
stuThread.join();
// 让主线程休眠2 秒
Thread.sleep(2000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"我打饭完成");
}

代码运行结果如下:

【Java 线程系列】Java 天生就是多线程_优先级_13

由上代码运行结果,我们可以得出:**在线程B中调用了线程A的​​join()​​ 方法,只到线程A 执行完毕后,才会继续执行线程B的。**


6、线程优先级

  • 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。

7、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。

8、synchronized 内置锁

  • 线程开始运行,拥有自己的栈空间,就如同一个脚本一样,按照既定的代码 一步一步地执行,直到终止。但是,每个运行中的线程,如果仅仅是孤立地运行, 那么没有一点儿价值,或者说价值很少,如果多个线程能够相互配合完成工作, 包括数据之间的共享,协同处理事情。这将会带来巨大的价值。
  • Java支持多个线程同时访问一个对象或者对象的成员变量,关键字synchronized可以修饰方法或者以同步块的形式来进行使用,它主要确保多个线 程在同一个时刻,只能有一个线程处于方法或者同步块中,它保证了线程对变量 访问的可见性和排他性,又称为内置锁机制。

下面我们看一段代码,在main 方法中启动两个线程,每个线程的count 值都是10000,两个线程的和应该就是20000。

public class OnlyMain {
private long count = 0;
private Object object = new Object();

public long getCount() {
return count;
}

public void incCount() {
count++;
}

// 线程
private static class Count extends Thread {
private OnlyMain onlyMain;

public Count(OnlyMain onlyMain) {
this.onlyMain = onlyMain;
}

@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
// count = count++ = 10000
onlyMain.incCount();
}
}
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
OnlyMain onlyMain = new OnlyMain();
// 启动两个线程
Count count1 = new Count(onlyMain);
Count count2 = new Count(onlyMain);

count1.start();
count2.start();

Thread.sleep(50);

System.out.println(onlyMain.count);
}

}

代码的运行结果是:

【Java 线程系列】Java 天生就是多线程_ide_14

经过多次运行,每次运行的结果都不一样,只有在很少很少的几率的情况下,才会出现正确的20000结果值,这是为什么呢?

  • 这是因为,两个线程同时对count 成员变量进行访问,才导致输出结果的错误。怎么解决呢?使用synchronized 内置锁。

修改上面代码中的incCount() 方法,添加一个内锁:


public synchronized void incCount() {
count++;
}

这样我们就能保证每次运行的正确结果了:

【Java 线程系列】Java 天生就是多线程_ide_15

9、对象锁和类锁

【Java 线程系列】Java 天生就是多线程_java_16【Java 线程系列】Java 天生就是多线程_ide_17

  • 对象锁是用于对象实例方法的锁,或者一个对象实例上,类锁 是用于类的静态方法或一个类的class 上的,我们知道,类的对象实例可以有很多个,但是每个类只有一个class对象,所有不同对象实例的对象锁是互不干扰的,但是每个类只有一个类锁。
  • 但是有一点必须要注意的是,其实类锁只是一个概念上的东西,并不是真实存在的,类锁其实锁的是每个类的对应的class 对象。类锁和对象锁之间也是互不干扰的。

总结

🎉$\textcolor{blue}{原创不易,还希望各位大佬支持一下}$ <br/>

👍 $\textcolor{green}{点赞,你的认可是我创作的动力!}$ <br/>

🌟 $\textcolor{green}{收藏,你的青睐是我努力的方向!}$ <br/>

✏️ $\textcolor{green}{评论,你的意见是我进步的财富!}$ <br/>