线程、线程状态 - 《✨ JUC》

前言
线程
- 创建线程的三种方法
线程状态

前言

在JavaSE阶段，我们已经学习了并发编程的基础知识，包括了解一点进程线程、并发并行、同步异步等等概念，回顾一下：

并发编程

该知识库，要更深入的去了解这方面的知识，以达到面试的知识厚度。

单核 cpu 下，多线程不能实际提高程序运行效率，只是为了能够在不同的任务之间切换，达到不同线程轮流使用cpu的作用，也就是说，单核cpu不存在并行
多核 cpu 可以并行跑多个线程，但能否提高程序运行效率还是要分情况的，如“计算密集型”和“IO密集型”

线程

创建线程的三种方法

Thread原生的run方法
调用Runnable接口
使用FutureTask（Future就是对于具体的Runnable或者Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果。） ```java

@Slf4j(topic = “c.Test1”) public class demo1创建线程 {

/**
 * 覆盖原生run方法
 */
public void test() {

// Thread t = new Thread() { // @Override // public void run() { // System.out.println(“running”); // } // };

    // lambda简化写法
    Thread t = new Thread( () -> System.out.println("running"));
    t.setName("t1");
    t.start();
}
/**
 * 使用runnable接口
 */
public void test2(){
    Runnable target = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("running...");
        }
    };
    Thread t = new Thread(target);
    t.setName("t1");
    t.start();
}
/**
 *  使用FutureTask（类似Runnable，但是他有返回值，以及具备抛出异常的功能）
 Future就是对于具体的Runnable或者Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果。
 */
public void test3() throws ExecutionException, InterruptedException {
    FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(new Callable<Integer>() {
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            System.out.println("running...");
            Thread.sleep(1000);
            return null;
        }
    });
    Thread t1 = new Thread(task);
    t1.start();
    task.get(); //  必要时可以通过get方法获取执行结果，该方法会阻塞直到任务返回结果。
}

}

**小结：**<br />用Runnable接口可以更容易与线程池等高级 API 配合，但是方法二其实到底还是通过方法一执行的！
> <a name="NQQ6G"></a>
#### 线程运行诊断
> 当发送CPU占用过高或者迟迟未得到运算结果时（比如死锁）
> 我们这时需要定位占用CPU过高的线程
> 1. **"top" **命令，查看是哪个**进程**占用CPU过高
> 1. **"ps H -eo pid, tid（线程id）, %cpu | grep 刚才通过top查到的进程号 "**通过ps命令进一步查看是哪个线程占用CPU过高
> 1. "**jstack 进程id** "通过查看进程中的线程的nid，刚才通过ps命令看到的tid来对比定位，注意jstack查找出的线程id是16进制的，需要转换
<a name="RUTDt"></a>
### 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
当发生上下文切换时，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)
- 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
- 上下文频繁切换会导致性能下降
<a name="Crhlm"></a>
### 
<a name="qczIa"></a>
### 线程组
每个Thread必然存在于⼀个ThreadGroup中，Thread不能独⽴于ThreadGroup存在。<br />如果在new Thread时没有显式指定线程组，那么默认将⽗线程 （当前执⾏new Thread的线程）线程组设置为⾃⼰的线程组。  
> ThreadGroup是⼀个标准的向下引⽤的树状结构，这样设计的原因是防⽌"上级"线程被"下级"线程引⽤⽽⽆法有效地被GC回收。  
![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2022/png/598646/1650125014092-1103fc23-5263-4c68-9bb0-b46eff0d88fa.png#clientId=u3f2bf911-a7e6-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=94&id=u76d560de&margin=%5Bobject%20Object%5D&name=image.png&originHeight=140&originWidth=874&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=19996&status=done&style=none&taskId=uf4072472-b587-4f76-97da-99c79db9daf&title=&width=585.2000122070312)
<a name="Hkmdu"></a>
### 线程优先级
 Java中线程优先级可以指定，范围是1~10，默认是5<br /> Java只是给操作系统⼀个优先级的建议，线程最终在操作系统的优先级是多少还是由操作系统决定。    
<a name="XMMnp"></a>
### 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，当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。  
守护线程默认的优先级比较低
```java
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");
t1.setDaemon(true); // 设置该线程为守护线程
t1.start();
sleep(1);
log.debug("运行结束...");

注意：

垃圾回收器、JIT线程就是一种守护线程

线程状态

线程状态从两个角度观察，分为五种状态（操作系统角度）和六种状态（JavaAPI角度）

【初始状态】仅是在语言层面创建了线程对象，还未与操作系统的线程进行关联

【可运行状态】执行start之后（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】
有两种情况会进入阻塞：

读取文件：
- 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】
- 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】
- 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
被notify/ interrupt 唤醒然后进行竞争锁，竞争失败者

【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

从操作系统层面，线程可分为三种状态，分别是：NEW、RUNNABLE、TERMINATED

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 线程代码运行结束