创建和运行线程

方法一，直接使用 Thread

计算 1 花费 10 ms
计算 2 花费 11 ms
计算 3 花费 9 ms
汇总需要 1 ms
例如：
输出

  1. // 创建线程对象
  2. Thread t = new Thread() {
  3.  public void run() {
  4.  // 要执行的任务
  5.  }
  6. };
  7. // 启动线程
  8. t.start();
  10. // 构造方法的参数是给线程指定名字，推荐
  11. Thread t1 = new Thread("t1") {
  12. @Override  
  13. // run 方法内实现了要执行的任务
  14. public void run() {
  15. log.debug("hello");
  16. }
  17. };
  18. t1.start();
  20. 19:19:00 [t1] c.ThreadStarter - hello


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）
例如：

  1. Runnable runnable = new Runnable() {
  2.  public void run(){
  3.  // 要执行的任务
  4.  }
  5. };
  6. // 创建线程对象
  7. Thread t = new Thread( runnable );
  8. // 启动线程
  9. t.start();

Java 8 以后可以使用 lambda 精简代码 

  1. // 创建任务对象
  2. Runnable task2 = () -> log.debug("hello");
  3. // 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐
  4. Thread t2 = new Thread(task2, "t2");
  5. 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

  1. 方法1 是把线程和任务合并在了一起，

  2. 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 

    1. // 创建任务对象
    2. FutureTask<Integer> task3 = new FutureTask<>(() -> {
    3. log.debug("hello");
    4. return 100;
    5. });
    6. // 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐
    7. new Thread(task3, "t3").start();
    8. // 主线程阻塞，同步等待 task 执行完毕的结果
    9. Integer result = task3.get();
    10. log.debug("结果是:{}", result);

    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 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 查看某个进程（PID）的所有线程

    Java

  • jps 命令查看所有 Java 进程

  • jstack 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）

    jconsole

    远程监控配置 需要以如下方式运行你的 java 类

  • 修改 /etc/hosts 文件将 127.0.0.1 映射至主机名

  • 如果要认证访问，还需要做如下步骤

    复制 jmxremote.password 文件 修改 jmxremote.password 和 jmxremote.access 文件的权限为 600 即文件所有者可读写

  • 连接时填入 controlRole（用户名），R&D（密码） 

    1. java -Djava.rmi.server.hostname=`ip地址` -Dcom.sun.management.jmxremote -
    2. Dcom.sun.management.jmxremote.port=`连接端口` -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=是否安全连接 -
    3. Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=是否认证 java类

    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

image.png

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

    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() | static | 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 | | 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 |

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

    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

    join 方法详解

    应用之效率

    为什么需要 join
    下面的代码执行，打印 r 是什么？
    ```java 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”); }
  1. 分析
  3. - 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
  4. - 而主线程一开始就要打印 r 的结果，所以只能打印出 r=0
  6. 解决方法
  8. - 用 sleep 行不行？为什么？
  9. - 用 join，加在 t1.start() 之后即可
  11. ![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2021/png/21621722/1632659123042-d0366da8-d41c-467b-af14-9662a8e5061f.png#clientId=u664048fb-f88b-4&from=paste&height=807&id=udeeaed7c&margin=%5Bobject%20Object%5D&name=image.png&originHeight=807&originWidth=755&originalType=binary&ratio=1&size=80267&status=done&style=shadow&taskId=u407b9ea4-3164-4cd6-a7a1-14fe4ae22df&width=755)
  12. ```java
  13. static int r1 = 0;
  14. static int r2 = 0;
  15. public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  16.  test2();
  17. }
  18. private static void test2() throws InterruptedException {
  19.  Thread t1 = new Thread(() -> {
  20.  sleep(1);
  21.  r1 = 10;
  22.  });
  23.  Thread t2 = new Thread(() -> {
  24.  sleep(2);
  25.  r2 = 20;
  26.  });
  27.  long start = System.currentTimeMillis();
  28.  t1.start();
  29.  t2.start();
  30.  t1.join();
  31.  t2.join();
  32.  long end = System.currentTimeMillis();
  33.  log.debug("r1: {} r2: {} cost: {}", r1, r2, end - start);
  34. }

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

如果颠倒两个 join 呢？
最终都是输出
20:45:43.239 [main] c.TestJoin - r1: 10 r2: 20 cost: 2005

image.png

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

  1. private static void test1() throws InterruptedException {
  2.  Thread t1 = new Thread(()->{
  3.  sleep(1);
  4.  }, "t1");
  5.  t1.start();
  6.  sleep(0.5);
  7.  t1.interrupt();
  8.  log.debug(" 打断状态: {}", t1.isInterrupted());
  9. }

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 

  1. private static void test2() throws InterruptedException {
  2.  Thread t2 = new Thread(()->{
  3.  while(true) {
  4.  Thread current = Thread.currentThread();
  5.  boolean interrupted = current.isInterrupted();
  6.  if(interrupted) {
  7.  log.debug(" 打断状态: {}", interrupted);
  8.  break;
  9.  }
  10.  }
  11.  }, "t2");
  12.  t2.start();
  13.  sleep(0.5);
  14.  t2.interrupt();
  15. }
  18. 20:57:37.964 [t2] c.TestInterrupt - 打断状态: true

模式之两阶段终止 image.png

image.png

打断 park 线程

  1. private static void test3() throws InterruptedException {
  2.  Thread t1 = new Thread(() -> {
  3.  log.debug("park...");
  4.  LockSupport.park();
  5.  log.debug("unpark...");
  6.  log.debug("打断状态：{}", Thread.currentThread().isInterrupted());
  7.  }, "t1");
  8.  t1.start();
  9.  sleep(0.5);
  10.  t1.interrupt();
  11. }
  13. 21:11:52.795 [t1] c.TestInterrupt - park...
  14. 21:11:53.295 [t1] c.TestInterrupt - unpark...
  15. 21:11:53.295 [t1] c.TestInterrupt - 打断状态：true

image.png
如果打断标记已经是 true, 则 park 会失效 

  1. private static void test4() {
  2.  Thread t1 = new Thread(() -> {
  3.  for (int i = 0; i < 5; i++) {
  4.  log.debug("park...");
  5.  LockSupport.park();
  6.  log.debug("打断状态：{}", Thread.currentThread().isInterrupted());
  7.  }
  8.  });
  9.  t1.start();
  10.  sleep(1);
  11.  t1.interrupt();
  12. }
  14. 21:13:48.783 [Thread-0] c.TestInterrupt - park...
  15. 21:13:49.809 [Thread-0] c.TestInterrupt - 打断状态：true
  16. 21:13:49.812 [Thread-0] c.TestInterrupt - park...
  17. 21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - 打断状态：true
  18. 21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - park...
  19. 21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - 打断状态：true
  20. 21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - park...
  21. 21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - 打断状态：true
  22. 21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - park...
  23. 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

不推荐的方法

image.png

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。
例：

  1. log.debug("开始运行...");
  2. Thread t1 = new Thread(() -> {
  3.  log.debug("开始运行...");
  4.  sleep(2);
  5.  log.debug("运行结束...");
  6. }, "daemon");
  7. // 设置该线程为守护线程
  8. t1.setDaemon(true);
  9. t1.start();
  10. sleep(1);
  11. log.debug("运行结束...");
  13. 08:26:38.123 [main] c.TestDaemon - 开始运行...
  14. 08:26:38.213 [daemon] c.TestDaemon - 开始运行...
  15. 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

五种状态

这是从 操作系统 层面来描述的
image.png

  • 【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
    1. - 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】
    1. - 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】
    2. - 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

    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
    image.png

  • 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，后面会在状态转换一节

详述

  • TERMINATED 当线程代码运行结束