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1. 新建線程
一個(gè)java程序從main()方法開(kāi)始執(zhí)行，然后按照既定的代碼邏輯執(zhí)行，看似沒(méi)有其他線程參與，但實(shí)際上java程序天生就是一個(gè)多線程程序，包含了：（1）分發(fā)處理發(fā)送給給JVM信號(hào)的線程；（2）調(diào)用對(duì)象的finalize方法的線程；（3）清除Reference的線程；（4）main線程，用戶程序的入口。那么，如何在用戶程序中新建一個(gè)線程了，只要有三種方式：
通過(guò)繼承Thread類，重寫run方法；
通過(guò)實(shí)現(xiàn)runable接口；
-
通過(guò)實(shí)現(xiàn)callable接口這三種方式，下面看具體demo。
public class CreateThreadDemo { public static void main(String[] args) { //1.繼承Thread Thread thread = new Thread() { @Override public void run() { System.out.println("繼承Thread"); super.run(); } }; thread.start(); //2.實(shí)現(xiàn)runable接口 Thread thread1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("實(shí)現(xiàn)runable接口"); } }); thread1.start(); //3.實(shí)現(xiàn)callable接口 ExecutorService service = Executors.newSingleThreadExecutor(); Future<String> future = service.submit(new Callable() { @Override public String call() throws Exception { return "通過(guò)實(shí)現(xiàn)Callable接口"; } }); try { String result = future.get(); System.out.println(result); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (ExecutionException e) { e.printStackTrace(); } } }
三種新建線程的方式具體看以上注釋，需要主要的是：
- 由于java不能多繼承可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口，因此，在創(chuàng)建線程的時(shí)候盡量多考慮采用實(shí)現(xiàn)接口的形式；
- 實(shí)現(xiàn)callable接口，提交給ExecutorService返回的是異步執(zhí)行的結(jié)果，另外，通常也可以利用FutureTask(Callable<V> callable)將callable進(jìn)行包裝然后FeatureTask提交給ExecutorsService。如圖，
另外由于FeatureTask也實(shí)現(xiàn)了Runable接口也可以利用上面第二種方式（實(shí)現(xiàn)Runable接口）來(lái)新建線程；
- 可以通過(guò)Executors將Runable轉(zhuǎn)換成Callable，具體方法是：Callable<T> callable(Runnable task, T result)， Callable<Object> callable(Runnable task)。
2. 線程狀態(tài)轉(zhuǎn)換
此圖來(lái)源于《JAVA并發(fā)編程的藝術(shù)》一書中，線程是會(huì)在不同的狀態(tài)間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的，java線程線程轉(zhuǎn)換圖如上圖所示。線程創(chuàng)建之后調(diào)用start()方法開(kāi)始運(yùn)行，當(dāng)調(diào)用wait(),join(),LockSupport.lock()方法線程會(huì)進(jìn)入到WAITING狀態(tài)，而同樣的wait(long timeout)，sleep(long),join(long),LockSupport.parkNanos(),LockSupport.parkUtil()增加了超時(shí)等待的功能，也就是調(diào)用這些方法后線程會(huì)進(jìn)入TIMED_WAITING狀態(tài)，當(dāng)超時(shí)等待時(shí)間到達(dá)后，線程會(huì)切換到Runable的狀態(tài)，另外當(dāng)WAITING和TIMED _WAITING狀態(tài)時(shí)可以通過(guò)Object.notify(),Object.notifyAll()方法使線程轉(zhuǎn)換到Runable狀態(tài)。當(dāng)線程出現(xiàn)資源競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，即等待獲取鎖的時(shí)候，線程會(huì)進(jìn)入到BLOCKED阻塞狀態(tài)，當(dāng)線程獲取鎖時(shí)，線程進(jìn)入到Runable狀態(tài)。線程運(yùn)行結(jié)束后，線程進(jìn)入到TERMINATED狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換可以說(shuō)是線程的生命周期。另外需要注意的是：
- 當(dāng)線程進(jìn)入到synchronized方法或者synchronized代碼塊時(shí)，線程切換到的是BLOCKED狀態(tài)，而使用java.util.concurrent.locks下lock進(jìn)行加鎖的時(shí)候線程切換的是WAITING或者TIMED_WAITING狀態(tài)，因?yàn)閘ock會(huì)調(diào)用LockSupport的方法。
用一個(gè)表格將上面六種狀態(tài)進(jìn)行一個(gè)總結(jié)歸納。
3. 線程狀態(tài)的基本操作
除了新建一個(gè)線程外，線程在生命周期內(nèi)還有需要基本操作，而這些操作會(huì)成為線程間一種通信方式，比如使用中斷（interrupted）方式通知實(shí)現(xiàn)線程間的交互等等，下面就將具體說(shuō)說(shuō)這些操作。
3.1. interrupted
中斷可以理解為線程的一個(gè)標(biāo)志位，它表示了一個(gè)運(yùn)行中的線程是否被其他線程進(jìn)行了中斷操作。中斷好比其他線程對(duì)該線程打了一個(gè)招呼。其他線程可以調(diào)用該線程的interrupt()方法對(duì)其進(jìn)行中斷操作，同時(shí)該線程可以調(diào)用
isInterrupted（）來(lái)感知其他線程對(duì)其自身的中斷操作，從而做出響應(yīng)。另外，同樣可以調(diào)用Thread的靜態(tài)方法
interrupted（）對(duì)當(dāng)前線程進(jìn)行中斷操作，該方法會(huì)清除中斷標(biāo)志位。需要注意的是，當(dāng)拋出InterruptedException時(shí)候，會(huì)清除中斷標(biāo)志位，也就是說(shuō)在調(diào)用isInterrupted會(huì)返回false。
下面結(jié)合具體的實(shí)例來(lái)看一看
public class InterruptDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//sleepThread睡眠1000ms
final Thread sleepThread = new Thread() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
super.run();
}
};
//busyThread一直執(zhí)行死循環(huán)
Thread busyThread = new Thread() {
@Override
public void run() {
while (true) ;
}
};
sleepThread.start();
busyThread.start();
sleepThread.interrupt();
busyThread.interrupt();
while (sleepThread.isInterrupted()) ;
System.out.println("sleepThread isInterrupted: " + sleepThread.isInterrupted());
System.out.println("busyThread isInterrupted: " + busyThread.isInterrupted());
}
}
輸出結(jié)果
sleepThread isInterrupted: false
busyThread isInterrupted: true
開(kāi)啟了兩個(gè)線程分別為sleepThread和BusyThread, sleepThread睡眠1s，BusyThread執(zhí)行死循環(huán)。然后分別對(duì)著兩個(gè)線程進(jìn)行中斷操作，可以看出sleepThread拋出InterruptedException后清除標(biāo)志位，而busyThread就不會(huì)清除標(biāo)志位。
另外，同樣可以通過(guò)中斷的方式實(shí)現(xiàn)線程間的簡(jiǎn)單交互， while (sleepThread.isInterrupted()) 表示在Main中會(huì)持續(xù)監(jiān)測(cè)sleepThread，一旦sleepThread的中斷標(biāo)志位清零，即sleepThread.isInterrupted()返回為false時(shí)才會(huì)繼續(xù)Main線程才會(huì)繼續(xù)往下執(zhí)行。因此，中斷操作可以看做線程間一種簡(jiǎn)便的交互方式。一般在結(jié)束線程時(shí)通過(guò)中斷標(biāo)志位或者標(biāo)志位的方式可以有機(jī)會(huì)去清理資源，相對(duì)于武斷而直接的結(jié)束線程，這種方式要優(yōu)雅和安全。
3.2. join
join方法可以看做是線程間協(xié)作的一種方式，很多時(shí)候，一個(gè)線程的輸入可能非常依賴于另一個(gè)線程的輸出，這就像兩個(gè)好基友，一個(gè)基友先走在前面突然看見(jiàn)另一個(gè)基友落在后面了，這個(gè)時(shí)候他就會(huì)在原處等一等這個(gè)基友，等基友趕上來(lái)后，就兩人攜手并進(jìn)。其實(shí)線程間的這種協(xié)作方式也符合現(xiàn)實(shí)生活。在軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，從客戶那里獲取需求后，需要經(jīng)過(guò)需求分析師進(jìn)行需求分解后，這個(gè)時(shí)候產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)才會(huì)繼續(xù)跟進(jìn)。如果一個(gè)線程實(shí)例A執(zhí)行了threadB.join(),其含義是：當(dāng)前線程A會(huì)等待threadB線程終止后threadA才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。關(guān)于join方法一共提供如下這些方法:
public final synchronized void join(long millis)
public final synchronized void join(long millis, int nanos)
public final void join() throws InterruptedException
Thread類除了提供join()方法外，另外還提供了超時(shí)等待的方法，如果線程threadB在等待的時(shí)間內(nèi)還沒(méi)有結(jié)束的話，threadA會(huì)在超時(shí)之后繼續(xù)執(zhí)行。join方法源碼關(guān)鍵是：
while (isAlive()) {
wait(0);
}
可以看出來(lái)當(dāng)前等待對(duì)象threadA會(huì)一直阻塞，直到被等待對(duì)象threadB結(jié)束后即isAlive()返回false的時(shí)候才會(huì)結(jié)束while循環(huán)，當(dāng)threadB退出時(shí)會(huì)調(diào)用notifyAll()方法通知所有的等待線程。下面用一個(gè)具體的例子來(lái)說(shuō)說(shuō)join方法的使用：
public class JoinDemo {
public static void main(String[] args) {
Thread previousThread = Thread.currentThread();
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
Thread curThread = new JoinThread(previousThread);
curThread.start();
previousThread = curThread;
}
}
static class JoinThread extends Thread {
private Thread thread;
public JoinThread(Thread thread) {
this.thread = thread;
}
@Override
public void run() {
try {
thread.join();
System.out.println(thread.getName() + " terminated.");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
輸出結(jié)果為：
main terminated.
Thread-0 terminated.
Thread-1 terminated.
Thread-2 terminated.
Thread-3 terminated.
Thread-4 terminated.
Thread-5 terminated.
Thread-6 terminated.
Thread-7 terminated.
Thread-8 terminated.
在上面的例子中一個(gè)創(chuàng)建了10個(gè)線程，每個(gè)線程都會(huì)等待前一個(gè)線程結(jié)束才會(huì)繼續(xù)運(yùn)行?？梢酝ㄋ椎睦斫獬山恿?，前一個(gè)線程將接力棒傳給下一個(gè)線程，然后又傳給下一個(gè)線程......
3.3 sleep
public static native void sleep(long millis)方法顯然是Thread的靜態(tài)方法，很顯然它是讓當(dāng)前線程按照指定的時(shí)間休眠，其休眠時(shí)間的精度取決于處理器的計(jì)時(shí)器和調(diào)度器。需要注意的是如果當(dāng)前線程獲得了鎖，sleep方法并不會(huì)失去鎖。sleep方法經(jīng)常拿來(lái)與Object.wait()方法進(jìn)行比價(jià)，這也是面試經(jīng)常被問(wèn)的地方。
sleep() VS wait()
兩者主要的區(qū)別：
- sleep()方法是Thread的靜態(tài)方法，而wait是Object實(shí)例方法
- wait()方法必須要在同步方法或者同步塊中調(diào)用，也就是必須已經(jīng)獲得對(duì)象鎖。而sleep()方法沒(méi)有這個(gè)限制可以在任何地方種使用。另外，wait()方法會(huì)釋放占有的對(duì)象鎖，使得該線程進(jìn)入等待池中，等待下一次獲取資源。而sleep()方法只是會(huì)讓出CPU并不會(huì)釋放掉對(duì)象鎖；
- sleep()方法在休眠時(shí)間達(dá)到后如果再次獲得CPU時(shí)間片就會(huì)繼續(xù)執(zhí)行，而wait()方法必須等待Object.notift/Object.notifyAll通知后，才會(huì)離開(kāi)等待池，并且再次獲得CPU時(shí)間片才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。
3.4 yield
public static native void yield();這是一個(gè)靜態(tài)方法，一旦執(zhí)行，它會(huì)是當(dāng)前線程讓出CPU，但是，需要注意的是，讓出的CPU并不是代表當(dāng)前線程不再運(yùn)行了，如果在下一次競(jìng)爭(zhēng)中，又獲得了CPU時(shí)間片當(dāng)前線程依然會(huì)繼續(xù)運(yùn)行。另外，讓出的時(shí)間片只會(huì)分配給當(dāng)前線程相同優(yōu)先級(jí)的線程。什么是線程優(yōu)先級(jí)了？下面就來(lái)具體聊一聊。
現(xiàn)代操作系統(tǒng)基本采用時(shí)分的形式調(diào)度運(yùn)行的線程，操作系統(tǒng)會(huì)分出一個(gè)個(gè)時(shí)間片，線程會(huì)分配到若干時(shí)間片，當(dāng)前時(shí)間片用完后就會(huì)發(fā)生線程調(diào)度，并等待這下次分配。線程分配到的時(shí)間多少也就決定了線程使用處理器資源的多少，而線程優(yōu)先級(jí)就是決定線程需要或多或少分配一些處理器資源的線程屬性。
在Java程序中，通過(guò)一個(gè)整型成員變量Priority來(lái)控制優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)的范圍從1~10.在構(gòu)建線程的時(shí)候可以通過(guò)setPriority(int)方法進(jìn)行設(shè)置，默認(rèn)優(yōu)先級(jí)為5，優(yōu)先級(jí)高的線程相較于優(yōu)先級(jí)低的線程優(yōu)先獲得處理器時(shí)間片。需要注意的是在不同JVM以及操作系統(tǒng)上，線程規(guī)劃存在差異，有些操作系統(tǒng)甚至?xí)雎跃€程優(yōu)先級(jí)的設(shè)定。
另外需要注意的是，sleep()和yield()方法，同樣都是當(dāng)前線程會(huì)交出處理器資源，而它們不同的是，sleep()交出來(lái)的時(shí)間片其他線程都可以去競(jìng)爭(zhēng)，也就是說(shuō)都有機(jī)會(huì)獲得當(dāng)前線程讓出的時(shí)間片。而yield()方法只允許與當(dāng)前線程具有相同優(yōu)先級(jí)的線程能夠獲得釋放出來(lái)的CPU時(shí)間片。
4.守護(hù)線程Daemon
守護(hù)線程是一種特殊的線程，就和它的名字一樣，它是系統(tǒng)的守護(hù)者，在后臺(tái)默默地守護(hù)一些系統(tǒng)服務(wù)，比如垃圾回收線程，JIT線程就可以理解守護(hù)線程。與之對(duì)應(yīng)的就是用戶線程，用戶線程就可以認(rèn)為是系統(tǒng)的工作線程，它會(huì)完成整個(gè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)操作。用戶線程完全結(jié)束后就意味著整個(gè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)任務(wù)全部結(jié)束了，因此系統(tǒng)就沒(méi)有對(duì)象需要守護(hù)的了，守護(hù)線程自然而然就會(huì)退。當(dāng)一個(gè)Java應(yīng)用，只有守護(hù)線程的時(shí)候，虛擬機(jī)就會(huì)自然退出。下面以一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)表述Daemon線程的使用。
public class DaemonDemo {
public static void main(String[] args) {
Thread daemonThread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
System.out.println("i am alive");
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println("finally block");
}
}
}
});
daemonThread.setDaemon(true);
daemonThread.start();
//確保main線程結(jié)束前能給daemonThread能夠分到時(shí)間片
try {
Thread.sleep(800);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
輸出結(jié)果為：
i am alive
finally block
i am alive
上面的例子中daemodThread run方法中是一個(gè)while死循環(huán)，會(huì)一直打印,但是當(dāng)main線程結(jié)束后daemonThread就會(huì)退出所以不會(huì)出現(xiàn)死循環(huán)的情況。main線程先睡眠800ms保證daemonThread能夠擁有一次時(shí)間片的機(jī)會(huì)，也就是說(shuō)可以正常執(zhí)行一次打印“i am alive”操作和一次finally塊中"finally block"操作。緊接著main 線程結(jié)束后，daemonThread退出，這個(gè)時(shí)候只打印了"i am alive"并沒(méi)有打印finnal塊中的。因此，這里需要注意的是守護(hù)線程在退出的時(shí)候并不會(huì)執(zhí)行finnaly塊中的代碼，所以將釋放資源等操作不要放在finnaly塊中執(zhí)行，這種操作是不安全的
線程可以通過(guò)setDaemon(true)的方法將線程設(shè)置為守護(hù)線程。并且需要注意的是設(shè)置守護(hù)線程要先于start()方法，否則會(huì)報(bào)
Exception in thread "main" java.lang.IllegalThreadStateException
at java.lang.Thread.setDaemon(Thread.java:1365)
at learn.DaemonDemo.main(DaemonDemo.java:19)
這樣的異常，但是該線程還是會(huì)執(zhí)行，只不過(guò)會(huì)當(dāng)做正常的用戶線程執(zhí)行。
