Java线程
创建和运行线程
直接使用Thread
java
public class ThreadCreateTest {
public final static Logger logger = LogManager.getLogger(ThreadCreateTest.class);
public static void main(String[] args) {
// 创建线程对象
Thread t = new Thread() {
public void run() {
// 要执行的任务
logger.info("hello world");
}
};
// 启动线程
t.start();
}
}
// 输出
2023-09-25 16:02:22.248 [Thread-1] INFO ThreadCreateTest(:) - hello world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）
java
public class RunnableCreateTest {
public final static Logger logger = LogManager.getLogger(ThreadCreateTest.class);
public static void main(String[] args) {
Runnable runnable = new Runnable() {
public void run() {
// 要执行的任务
logger.info("hello world");
}
};
// 创建线程对象
Thread t = new Thread(runnable);
// 启动线程
t.start();
// 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐
Thread t2 = new Thread(runnable, "线程-2");
t2.start();
Runnable task2 = () -> logger.debug("lambda方式创建线程");
// 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐
Thread t3 = new Thread(task2, "线程-3");
t3.start();
}
}
// 输出
2023-09-25 16:02:58.391 [线程-3] DEBUG ThreadCreateTest(:) - lambda方式创建线程
2023-09-25 16:02:58.391 [Thread-1] INFO ThreadCreateTest(:) - hello world
2023-09-25 16:02:58.391 [线程-2] INFO ThreadCreateTest(:) - hello worldThread 是把线程和任务合并在了一起，Runnable 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
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
java
public class FutureTaskCreateTest {
public final static Logger logger = LogManager.getLogger(ThreadCreateTest.class);
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
// 创建任务对象
FutureTask<Integer> task3 = new FutureTask<>(() -> {
logger.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();
logger.debug("结果是:{}", result);
}
}
// 输出
2023-09-25 16:08:53.630 [t3] DEBUG ThreadCreateTest(:) - hello
2023-09-25 16:08:53.635 [main] DEBUG ThreadCreateTest(:) - 结果是:100原理之线程运行
栈与栈帧
Java Virtual Machine Stacks （Java 虚拟机栈）
我们都知道 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
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 线程上下文切换（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
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。
java
public static void main(String[] args) throws Exception {
logger.debug("开始运行...");
Thread t1 = new Thread(() -> {
logger.debug("开始运行...");
try {
sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
logger.debug("运行结束...");
}, "daemon");
// 设置该线程为守护线程
t1.setDaemon(true);
t1.start();
sleep(1000);
logger.debug("运行结束...");
}
// 输出 守护进程被强制结束
2023-09-25 17:54:57.720 [main] DEBUG ThreadCreateTest(:) - 开始运行...
2023-09-25 17:54:57.724 [daemon] DEBUG ThreadCreateTest(:) - 开始运行...
2023-09-25 17:54:58.729 [main] DEBUG ThreadCreateTest(:) - 运行结束...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
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 |
start与run
- 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
sleep与yield
sleep
- 调用 sleep 会让当前线程从 Running 进入 Timed Waiting 状态（阻塞）
- 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
- 睡眠结束后的线程未必会立刻得到执行
- 建议用 TimeUnit 的 sleep 代替 Thread 的 sleep 来获得更好的可读性
yield
- 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
- 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
wait与notify
原理
- Owner中线程发现条件不满足，可以调用wait方法，即可进入WaitSet变为WAITING状态
- BLOCKED和WAITING的线程都处于阻塞状态，不占用CPU时间片
- BLOCKED线程会在Owner线程释放锁时唤醒
- WAITING线程会在Owner线程调用
notify或notifyAll时唤醒，但唤醒后并不意味者立刻获得锁，仍需进入EntryList重新竞争
常用API
- obj.wait() 让进入 object 监视器的线程到 waitSet 等待
- obj.notify() 在 object 上正在 waitSet 等待的线程中挑一个唤醒
- obj.notifyAll() 让 object 上正在 waitSet 等待的线程全部唤醒
它们都是线程之间进行协作的手段，都属于 Object 对象的方法。必须获得此对象的锁，才能调用这几个方法
- wait() 方法会释放对象的锁，进入 WaitSet 等待区，从而让其他线程就机会获取对象的锁。无限制等待，直到
notify为止 - wait(long n) 有时限的等待，到 n 毫秒后结束等待，或是被 notify
sleep和wait的区别
- sleep 是 Thread 方法，而 wait 是 Object 的方法
- sleep 不需要强制和 synchronized 配合使用，但 wait 需要和 synchronized 一起用
- sleep 在睡眠的同时，不会释放对象锁的，但 wait 在等待的时候会释放对象锁
- 它们状态 TIMED_WAITING
park与unpark
它们是 LockSupport 类中的方法
java
// 暂停当前线程
LockSupport.park();
// 恢复某个线程的运行
LockSupport.unpark(暂停线程对象)特点
- wait，notify 和 notifyAll 必须配合 Object Monitor 一起使用，而 park，unpark 不必
- park & unpark 是以线程为单位来【阻塞】和【唤醒】线程，而 notify 只能随机唤醒一个等待线程，notifyAll 是唤醒所有等待线程，就不那么【精确】
- park & unpark 可以先 unpark，而 wait & notify 不能先 notify
join方法
- join是定义在Thread类中的方法，作用是阻塞当前线程的执行，等到被调用join的线程对象执行完毕才执行继续执行当前线程。
- 有时效的join，如果线程执行结束，join会提前结束。
- 当thread.join()被调用时，如果调用的线程中持有了thread对象锁会被释放。
interrupt方法
sleep、wait、join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
java
public static void main(String[] args) throws Exception {
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}, "t1");
t1.start();
sleep(500);
t1.interrupt();
logger.debug(" 打断状态: {}", t1.isInterrupted());
}
// 输出
Caused by: java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
at thread.Main.lambda$main$0(Main.java:18)
... 1 more
2023-09-25 17:32:43.854 [main] DEBUG ThreadCreateTest(:) - 打断状态: false打断正常运行的线程，不会清空打断状态
java
public static void main(String[] args) throws Exception {
Thread t2 = new Thread(()->{
while(true) {
Thread current = Thread.currentThread();
boolean interrupted = current.isInterrupted();
if(interrupted) {
logger.debug(" 打断状态: {}", interrupted);
break;
}
}
}, "t2");
t2.start();
sleep(500);
t2.interrupt();
}
// 输出
2023-09-25 17:34:31.711 [t2] DEBUG ThreadCreateTest(:) - 打断状态: true打断 park 线程，不会清空打断状态
park，unpark这两个方法都是LockSupport类名下的方法，park用来暂停线程，unpark用来将暂停的线程恢复。
java
public static void main(String[] args) throws Exception {
Thread t1 = new Thread(() -> {
logger.debug("park...");
LockSupport.park();
logger.debug("unpark...");
logger.debug("打断状态：{}", Thread.currentThread().isInterrupted());
}, "t1");
t1.start();
sleep(500);
t1.interrupt();
}
// 输出
2023-09-25 17:38:57.493 [t1] DEBUG ThreadCreateTest(:) - park...
2023-09-25 17:38:57.999 [t1] DEBUG ThreadCreateTest(:) - unpark...
2023-09-25 17:38:58.001 [t1] DEBUG ThreadCreateTest(:) - 打断状态：true如果打断标记已经是 true，则 park 会失效
java
public static void main(String[] args) throws Exception {
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
logger.debug("park...");
LockSupport.park();
logger.debug("打断状态：{}", Thread.currentThread().isInterrupted());
}
});
t1.start();
sleep(1);
t1.interrupt();
}
// 输出
2023-09-25 17:43:33.471 [Thread-1] DEBUG ThreadCreateTest(:) - park...
2023-09-25 17:43:33.475 [Thread-1] DEBUG ThreadCreateTest(:) - 打断状态：true
2023-09-25 17:43:33.476 [Thread-1] DEBUG ThreadCreateTest(:) - park...
2023-09-25 17:43:33.476 [Thread-1] DEBUG ThreadCreateTest(:) - 打断状态：true
2023-09-25 17:43:33.476 [Thread-1] DEBUG ThreadCreateTest(:) - park...
2023-09-25 17:43:33.476 [Thread-1] DEBUG ThreadCreateTest(:) - 打断状态：true
2023-09-25 17:43:33.476 [Thread-1] DEBUG ThreadCreateTest(:) - park...
2023-09-25 17:43:33.476 [Thread-1] DEBUG ThreadCreateTest(:) - 打断状态：true
2023-09-25 17:43:33.476 [Thread-1] DEBUG ThreadCreateTest(:) - park...
2023-09-25 17:43:33.476 [Thread-1] DEBUG ThreadCreateTest(:) - 打断状态：true可以使用 Thread.interrupted() 清除打断状态
不推荐的方法
还有一些不推荐使用的方法，这些方法已过时，容易破坏同步代码块，造成线程死锁
| 方法名 | 功能说明 |
|---|---|
| stop() | 停止线程运行 |
| suspend() | 挂起（暂停）线程运行 |
| resume() | 恢复线程运行 |