JAVA多线程基础

Posted 李维维

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了JAVA多线程基础相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

学习技术的步骤

场景-->需求-->解决方案-->应用-->原理

一、多线程的发展历史

  • 真空管和穿孔打卡

    操作员在机房里面来回调度资源，以及计算机同一个时刻只能运行一个程序，在程序输入的过程中，计算机计算机和处理空闲状态 。而当时的计算机是非常昂贵的，人们为了减少这种资源的浪费。就采用了 批处理系统来解决

  • 晶体管和批处理系统

    批处理操作系统虽然能够解决计算机的空闲问题，但是当某一个作业因为等待磁盘或者其他 I/O 操作而暂停时，那CPU 就只能阻塞直到该 I/O 完成，对于 CPU 操作密集型的程序，I/O 操作相对较少，因此浪费的时间也很少。但是对于 I/O 操作较多的场景来说，CPU 的资源是属于严重浪费的

  • 集成电路和多道程序设计

    有了进程以后，可以让操作系统从宏观层面实现多应用并发。而并发的实现是通过 CPU 时间片不端切换执行的。对于单核 CPU 来说，在任意一个时刻只会有一个进程在被CPU 调度

二、线程

  1. 在多核 CPU 中，利用多线程可以实现真正意义上的并行执行

  2. 在一个应用进程中，会存在多个同时执行的任务，如果其中一个任务被阻塞，将会引起不依赖该任务的任务也

被阻塞。通过对不同任务创建不同的线程去处理，可以提升程序处理的实时性

  1. 线程可以认为是轻量级的进程，所以线程的创建、销毁比进程更快

创建线程的四种方式

  • 继承 Thread 类创建线程
  • 实现 Runnable 接口创建线程
  • 实现 Callable 接口通过 FutureTask 包装器来创建 Thread 线程
  • 通过线程池创建线程

三、线程的六种状态

  • 线程一共有 6 种状态（NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITING、TIME_WAITING、TERMINATED）以枚举的方式存储在Thread类内部

    • NEW：初始状态，线程被构建，但是还没有调用 start 方法RUNNABLED：运行状态，JAVA 线程把操作系统中的就绪和运行两种状态统一称为“运行中”
    • BLOCKED：阻塞状态，表示线程进入等待状态,也就是线程因为某种原因放弃了 CPU 使用权，阻塞也分为几种情况：
      • 等待阻塞：运行的线程执行 wait 方法，jvm 会把当前线程放入到等待队列
      • 同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被其他线程锁占用了，那么 jvm 会把当前的线程放入到锁池中
      • 其他阻塞：运行的线程执行 Thread.sleep 或者 t.join 方法，或者发出了 I/O 请求时，JVM 会把当前线程设置为阻塞状态，当 sleep 结束、join 线程终止、io 处理完毕则线程恢复
    • TIME_WAITING：超时等待状态，超时以后自动返回
    • TERMINATED：终止状态，表示当前线程执行完毕

  • 代码示例

    public class ThreadStatusDemo {

    public static void main(String[] args) {
        //新建线程执行sleep方法
        new Thread(()->{
            while(true){
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"Time_Waiting_Thread").start();
        //新建线程执行await方法,需要notify唤醒，进入阻塞状态
        new Thread(()->{
            while(true){
                synchronized (ThreadStatusDemo.class) {
                    try {
                        ThreadStatusDemo.class.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        },"Wating_Thread").start();

    //添加通过锁，进行锁争抢  为争抢到锁的线程进入BLOCKED
        new Thread(new BlockedDemo(),"Blocke01_Thread").start();
        new Thread(new BlockedDemo(),"Blocke02_Thread").start();
    }
    static class BlockedDemo extends  Thread{

        @Override
        public void run() {
            synchronized (BlockedDemo.class){
                while(true){
                    try {
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }
}

    启动一个线程前，最好为这个线程设置线程名称，因为这样在使用 jstack 分析程序或者进行问题排查时，就会给开发人员提供一些提示；

    显示线程所处状态（在idea的Terminal执行，target对应目录下）
    • 运行该示例，打开终端或者命令提示符，键入“jps”， （JDK1.5 提供的一个显示当前所有 java 进程 pid 的命令）
    • 根据上一步骤获得的 pid，继续输入 jstack pid（jstack是 java 虚拟机自带的一种堆栈跟踪工具。jstack 用于打印出给定的 java 进程 ID 或 core file 或远程调试服务的 Java 堆栈信息）

线程的启动和停止

  • 线程的启动（start()方法和run方法的联系和区别），进入start底层，会发现调用了native方法，也就是外部方法，jvm中实现的方法start0，它在底层实现了对run方法的调用；主线程可以调用run方法，不过那是调用实体类的方法，属于主线程，不属于多线程，多次调用同一线程的start方法，会出现场错误；

  • 线程的停止

    • interrupt() 方法

      通过interrupt() 方法，发出中断标志，程序根据标志判断是是否停止线程，interrupt()并不能停止线程，它和return，特定循环中的break可以停止到当前的线程

      public class StopThread extends  Thread {
    @Override
    public void run() {
        while (true){
            if(Thread.currentThread().isInterrupted()){
                System.out.println("线程被中断了");
                break;
            }
        }
        System.out.println("这是收到中断标志，跳出循环");

    }
}

//main方法
public class Run {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread s = new StopThread();
        s.start();
        Thread.sleep(10);
        s.interrupt();
    }
}


虽然中断标志收到跳出了循环，但是线程后面的程序仍然继续执行了

  • 抛异常

    public class StopThreadUseException extends  Thread {
    @Override
    public void run() {
        super.run();
        try {
            for (int i = 0; i <500000 ; i++) {
                if(this.isInterrupted()){
                    System.out.println("线程被中断了");
                    throw new InterruptedException();
                }
                System.out.println("i:"+i);
            }
            System.out.println("for后面的代码");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
//main方法
public class Run {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       // Thread s = new StopThread();
        Thread s = new StopThreadUseException();
        s.start();
        Thread.sleep(10);
        s.interrupt();
    }
}

    运行结果：执行的线程收到信号，抛出异常，并且跳出for的代码没有继续执行

  • stop方法：不安全，资源为完全退出，多线程中会导致数据不一致（已执行代码所修改的类变量不会还原）

  • 中断复位

Thread.interrupted()是属于当前线程的，是当前线程对外界中断信号的一个响应，表示自己已经得到了中断信号，但不会立刻中断自己，具体什么时候中断由自己决定，让外界知道在自身中断前，他的中断状态仍然是 false，这就是复位的原因。，thread.interrupt()方法实际就是设置一个 interrupted 状态标识为 true、并且通过ParkEvent 的 unpark 方法来唤醒线程。

  1. 对于 synchronized 阻塞的线程，被唤醒以后会继续尝试获取锁，如果失败仍然可能被 park

  2. 在调用 ParkEvent 的 park 方法之前，会先判断线程的中断状态，如果为 true，会清除当前线程的中断标识

  3. Object.wait 、 Thread.sleep 、 Thread.join 会 抛 出InterruptedException？

    你会发现这几个方法有一个共同点，都是属于阻塞的方法，阻塞方法的释放会取决于一些外部的事件，但是阻塞方法可能因为等不到外部的触发事件而导致无法终止，所以它允许一个线程请求自己来停止它正在做的事情。当一个方法抛出 InterruptedException 时，它是在告诉调用者如果执行该方法的线程被中断，它会尝试停止正在做的事情并且通过抛出 InterruptedException 表示提前返回。所以，这个异常的意思是表示一个阻塞被其他线程中断了。然 后 ， 由 于 线 程 调 用 了 interrupt() 中 断 方 法 ， 那 么

    Object.wait、Thread.sleep 等被阻塞的线程被唤醒以后会通过 is_interrupted 方法判断中断标识的状态变化，如果发现中断标识为 true，则先清除中断标识，然后抛出InterruptedException

以上是关于JAVA多线程基础的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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