Java多线程基础

多线程应用

异步调用

以调用方角度来讲,如果
+ 需要等待结果返回,才能继续运行就是同步
+ 不需要等待结果返回,就能继续运行就是异步

同步在多线程中还有另外一个意思,是让多个线程步调一致。

异步可以防止程序阻塞,例如IO操作可以处理为异步的。

提高效率

充分利用多核cpu的优势,提高运行效率。

例外:不是所有计算任务都能拆分,可能运行效率也不会提高。

Java线程

创建和运行线程

直接使用Thread

// 创建线程对象
Thread t = new Thread() {
    public void run() {
        // 要执行的任务
    }
};
// 启动线程
t.start();

使用Runnable配合Thread

Runnable runnable = new Runnable() {
    public void run(){
        // 要执行的任务
    }
};
// 创建线程对象
Thread t = new Thread(runnable);
// 启动线程
t.start(); 

Java 8 以后可以使用 lambda 精简代码

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

Thread t2 = new Thread(()->log.debug("hello"), "t2");
t2.start();

Thread与Runnable的关系

在Thread源码中,Runnable被赋给成员变量target,在run()中调用target.run()(组合关系),而直接重写run()就会覆盖掉Thread的run()(继承关系)。

  • 方法1 是把线程和任务合并在了一起,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

FutureTask配合Thread

FutureTask实现了Runnable接口。

FutureTask 能够接收 Callable 类型的参数,用来处理有返回结果的情况。Callable是带返回值类型版本的Runnable。

// 创建任务对象
FutureTask<Integer> task3 = new FutureTask<>(() -> {
    log.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();
log.debug("结果是:{}", result);

linux下对进程线程的操作

  • ps -fe查看所有进程
  • ps -fT -p <PID>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 <PID>查看某个进程(PID)的所有线程

Thread常用方法

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(进程间通信)
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
currentThread() static 获取当前线程对象

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
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1)

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(仍有可能立即被调度)
  2. 具体的实现依赖于操作系统的任务调度器

sleep应用

在没有利用cpu来计算时,不要让while(true)空转浪费cpu,这时可以使用yield或sleep来让出cpu的使用权给其他程序

while(true){
    try{
        Thread.sleep(50);
    }catch(InterruptedException e){
        e.printStackTrace();
    }
}
  • 可以用wait或条件变量达到类似的效果
  • 不同的是,后两种都需要加锁,并且需要相应的唤醒操作,一般适用于要进行同步的场景
  • sleep适用于无需锁同步的场景

join方法

join方法的作用

下面这段代码,线程t1运行改变r的值需要1秒的时间,主线程就获取不了r被改变后的值,可以使用join解决。

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();
    //使用join可以等待t1运行结束
    //t1.join();
    log.debug("结果为:{}", r);
    log.debug("结束");
}

这种应用就是同步机制。

有时效的join

join(long millis)如果在限定的时间内线程没有结束,则当前线程停止等待,继续执行。

join的底层实现是wait

interrupt方法

只是置一个标志位,是否停止运行由线程自己决定。

两阶段终止模式

Java多线程基础
class TPTInterrupt {
    private Thread thread;
    public void start(){
        thread = new Thread(() -> {
            while(true) {
                Thread current = Thread.currentThread();
                if(current.isInterrupted()) {
                    log.debug("料理后事");
                    break;
                }
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                    log.debug("将结果保存");
                } catch (InterruptedException e) {
                    current.interrupt();
                }
                // 执行监控操作
            }
        },"监控线程");
        thread.start();
    }
    public void stop() {
        thread.interrupt();
    }
}

打断park线程

打断 park 线程, 不会清空打断状态

private static void test3() throws InterruptedException {
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        log.debug("park...");
        LockSupport.park();
        log.debug("unpark...");
        log.debug("打断状态:{}", Thread.currentThread().isInterrupted());
    }, "t1");
    t1.start();
    sleep(1);
    t1.interrupt();
}

不推荐使用的方法

方法名 static 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

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。

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");
// 设置该线程为守护线程
t1.setDaemon(true);
t1.start();

sleep(1);
log.debug("运行结束...");

五种状态

这是从 操作系统 层面来描述的

Java多线程基础
  • 【初始状态】(新建状态)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
    • 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】
    • 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
  • 【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:

Java多线程基础
  • 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)
  • BLOCKEDWAITINGTIMED_WAITING 都是 Java API 层面对【阻塞状态】的细分
  • TERMINATED 当线程代码运行结束

原创文章,作者:彭晨涛,如若转载,请注明出处:https://www.codetool.top/article/java%e5%a4%9a%e7%ba%bf%e7%a8%8b%e5%9f%ba%e7%a1%80/

发表评论

电子邮件地址不会被公开。