从零开始学习Java多线程

Posted 2021-02-13 不忘长安

前面已经简单介绍进程和线程，为后续学习做铺垫。本文讨论多线程传参，Java多线程异常处理机制。

1. 多线程的参数传递

     在传统开发过程中，我们习惯在调用函数时，将所需的参数传入其中，通过函数内部逻辑处理返回结果，大多情况下，整个过程均是由一条线程执行，排除运行不必要的的偶发性，似乎并不会出现意料之外的结果。而在多线程环境下，在使用线程时需要对线程进行一些必要的初始化，线程对这些数据进行处理后返回结果，由于线程的运行和结束并不可控，线程传参变得复杂起来，本文就以上问题介绍三种常用的传递参数方式。

 （一）构造方法传参

      在创建线程时，需要创建一个Thread类的或者其子类的实例，通过调用其start()方法执行run()方法中的代码块，在此之前，我们可以通过构造函数传递线程运行所需要的数据，并使用变量保存起来。代码如下：

 1 public class MyThread extends Thread {
 2 
 3     //定义变量保存参数
 4     private String msg;
 5 
 6     public MyThread() {
 7     }
 8 
 9     public MyThread(String msg) {
10         this.msg = msg;
11     }
12 
13     //多线程的入口
14     public void run() {
15         System.out.println("MyThread " + msg);
16     }
17 
18     public static void main(String[] args) {
19         MyThread myThread = new MyThread("is running");
20         myThread.start();
21     }
22 }

运行结果：

MyThread is running

Process finished with exit code 0

     这种方式的优点很明显：简单、安全。在线程运行之前数据已经准备完成，避免线程丢失数据，如果传递更复杂数据，可以定义集合或者类等数据结构。缺点就是传递比较多的参数时，这种方式会使构造方法过于复杂，为了避免这种情况可以通过类方法和变量传递参数

(二)变量和类方法传递参数

     在Thread实例类中定义需要传递的参数变量，并且定义一系列public的方法(或变量)，在创建完Tread实例后通过调用方法给参数逐个赋值。上面的代码也可以通过定义setMsg()方法传递参数，代码如下：

 1 public class MyThread extends Thread {
 2 
 3     //定义变量保存参数
 4     private String msg;
 5 
 6     public void setMsg(String msg) {
 7         this.msg = msg;
 8     }
 9 
10     public MyThread() {
11     }
12 
13     public MyThread(String msg) {
14         this.msg = msg;
15     }
16 
17     //多线程的入口
18     public void run() {
19         System.out.println("MyThread " + msg);
20         System.out.println(Thread.currentThread().getThreadGroup());
21     }
22 
23     public static void main(String[] args) {
24         MyThread myThread = new MyThread();
25         myThread.setMsg("is running");
26         myThread.start();
27     }
28 }

(三)通过回调函数传递数据

     以上线程传递参数最常用的两种方式，但是可以发现参数都在main方法中设置，然后Thread实例被动的接受参数，假如在线程运行中动态的获取参数，如在run()方法先获取三个随机数，通过Work类的process方法对这随机数求和，最后通过Data类的value值返回结果。此例看出在返回value之前，因为随机数的不确定性，我们并不能事先传递的值value。

 1 class Data {
 2     public int value = 0;
 3 }
 4 
 5 class Work {
 6     //回调函数
 7     public void process(Data data, Integer[] numbers) {
 8         for (int n : numbers) {
 9             data.value += n;
10         }
11     }
12 }
13 
14 public class MyThread extends Thread {
15     //回调函数的对象
16     private Work work;
17 
18     public MyThread(Work work) {
19         this.work = work;
20     }
21 
22     public void run() {
23         java.util.Random random = new java.util.Random();
24         Data data = new Data();
25         int n1 = random.nextInt(1000);
26         int n2 = random.nextInt(2000);
27         int n3 = random.nextInt(3000);
28         work.process(data, new Integer[]{n1, n2, n3}); // 使用回调函数
29         System.out.println(String.valueOf(n1) + "+" + String.valueOf(n2) + "+"
30                 + String.valueOf(n3) + "=" + data.value);
31     }
32 
33     public static void main(String[] args) {
34         Thread thread = new MyThread(new Work());
35         thread.start();
36     }
37 
38 }

View Code

    上面代码中process()方法即是回调函数，实质上是一个事件函数。整个事件流程为：将求和对象work传入线程，线程执行过程中三个随机数的产生触发了求和事件，通过传递进来的work对象调用process()方法，最后将结果返回线程并在控制台输出。这种传递数据的方式是在上面两种传参的基础上进行了薄层封装，并没有直接将参数传递给线程，而是通过传递的对象进行逻辑处理之后将结果返回。

2. Java多线程异常处理机制

     先来看对于未检查异常在run()方法中是如何处理的。

     

    运行结果：

     

     由上可以看出对于未检查异常，从线程将会直接宕掉，主线程继续运行。那么在主线程中能不能捕获到异常呢？我们直接将全部代码块try catch起来

     

     然后你会发现并没有什么卵用，主线程没有捕获到任何异常信息，和未检出异常如出一辙，从线程直接宕掉，主线程继续运行

     如果先检查异常呢？

      

     IDEA提示：

     

     结果还是让人失望，程序还没运行，IDEA已经提示报错，原来run()方法本身不支持抛出异常的，方法重写更不允许throws,所以run()方法不支持往外抛出异常。

     最后再试下能不能在run()方法中try catch捕获异常，

      

      运行结果：

     

      原来在run()方法中try catch是能捕捉到异常的。所以对于多线程已检查的异常我们可以通过try catch进行处理，而对于未检查的异常，如果没有处理，一旦抛出该线程立马宕掉，主线程则继续运行，那么未检查的异常也全部需要try catch吗？当然这也是一种方式。除此之外，Java还提供了异常处理器。

  (一)Java异常处理器

    在Java线程run()方法中，对于未检查异常，借助于异常处理器进行处理。异常处理器可以直接理解为异常处理的方法，下面为具体如何使用。

    UncaughtExceptionHandler，是Thread的内部接口。

   

  Thread内部有两个变量，用来记录异常处理器。

  

   Thread内部也分别提供了它们的get/set方法，set()方法其实没什么特别，主要是用来设置这两个内部变量，重点在于它们的get()方法。

   对于getUncaughtExceptionHandler方法，如果当前UncaughtExceptionHandler对象不为空，那么直接返回该对象，如果为空，返回该线程所属的线程组，由此得知，ThreadGroup实现了UncaughtExceptionHandler接口。

  

  

  

   与此同时，内部实现了uncaughtException方法，

  

   而对于getDefaultUncaughtExceptionHandler()方法，只是简单的返回内部对象。

   

    至此，我们可以了解到Thread内部有两个异常处理器，分别提供了get/set方法，对于set方法只是单纯的设置异常处理器，对于get方法，getDefaultUncaughtExceptionHandler()方法直接获取处理器；getUncaughtExceptionHandler()方法，进行判空，如果非空直接返回，如果为空返回该线程所属的线程组，并且当前线程组是实现了Thread.UncaughtExceptionHandler接口，内部实现了public void uncaughtException(Thread t, Throwable e),其本质上它才是线程处理器。

    对于defaultUncaughtExceptionHandler,表示应该程序默认的，整个程序可以使用的，它的get/set方法均为static修饰；对于uncaughtExceptionHandler，属于实例方法，也就是说每个线程可以拥有一个，简言之：每个线程都可以有一个uncaughtExceptionHandler，整个应用可以有一个defaultUncaughtExceptionHandler。它们之间是个体与全局的关系，如果个体拥有那么就不再使用全局的；否则，走全局。这样做的好处是非常灵活，既可以保证单个线程特别处理，又可以保障整个程序做到统一处理，在诸多场景发挥多种用处。

  （二）异常处理逻辑

      当run()方法中发生异常，JVM调用异常分发器，也就是借助getUncaughtExceptionHandler方法获取异常处理器，然后执行它的uncaughtException方法。

     

     所以关键之处在于uncaughtException()方法，再来看它的源码：

 1 public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
 2         //是否存在父线程组
 3         if (parent != null) {
 4             parent.uncaughtException(t, e);
 5         } else {
 6             //获取默认异常处理器
 7             Thread.UncaughtExceptionHandler ueh =
 8                     Thread.getDefaultUncaughtExceptionHandler();
 9             //如果非空,调用其uncaughtException方法
10             if (ueh != null) {
11                 ueh.uncaughtException(t, e);
12                 //否则打出标准错误信息
13             } else if (!(e instanceof ThreadDeath)) {
14                 System.err.print("Exception in thread \\""
15                         + t.getName() + "\\" ");
16                 e.printStackTrace(System.err);
17             }
18         }
19     }

View Code

    如果已经设置异常处理器，那么直接返回，如果没有设置，返回当前线程组，并且调用线程组的uncaughtException方法时(如上图)，如果该线程组重写了uncaughtException方法，直接调用；如果没有，调用该线程组的父线程组；如果父线程组仍然没有重写，调用爷爷线程组，以此类推。但是如果所有的线程组都没有重写，进入else里面，在else中获取默认处理器，如果默认有，执行uncaughtException方法，如果没有直接system.err。

   以上就是异常处理器的处理逻辑，可以看出uncaughtExceptionHandler处理器优先级要高于defaultUncaughtException,这也符合就近原则，如果自身拥有了，又何必调用全局拥有的呢！

  （三）异常处理器代码演示

 1 public class TestThread {
 2 
 3     public static void main(String[] args) {
 4             MyThread myThread = new MyThread();
 5             myThread.setUncaughtExceptionHandler((Thread t,Throwable e)->{
 6                 System.out.println("出现异常...");
 7                 System.out.println("线程名称： "+myThread.getName());
 8                 System.out.println("异常信息： "+e.getMessage());
 9             });
10             myThread.start();
11             System.out.println("main runing....");
12             System.out.println("main runing....");
13             System.out.println("main runing....");
14             System.out.println("main runing....");
15     }
16 }
17 class MyThread extends Thread {
18     public void run() {
19             //抛出异常
20             int i = 13 / 0;
21     }
22 }

View Code

  运行结果：

   

  以上示例可以看出，尽管为检查异常，通过异常处理器依然能够感知异常和信息获取，不会直接宕掉了。主要注意的是，必须在调用start()方法之前设置异常处理器，否则线程依旧直接宕掉。

 （四）总结

      Java多线程异常处理机制依赖于Thread内部两个异常处理器，uncaughtExceptionHandler和defaultUncaughtExceptionHandler。两者之间为个体和全局之间的关系，如果前者已经设置，那么直接使用，否则使用后者。大致步骤为：

      a. 如果设置了异常处理器uncaughtExceptionHandler直接使用。

      b. 如果没设置，将会在祖先线程组中查找第一个重写了uncaughtException的线程组，然后调用他的uncaughtException方法

      c. 如果都没有重写，那么使用应用默认的全局异常处理器defaultUncaughtExceptionHandler

      d. 如果还是没有设置，直接标准错误打印信息

       如果想要设置线程特有的异常处理器，可以调用set方法进行设置；如果想要对全局进行设置，可以调用静态方法进行设置，需要注意的是必须要在调用start()方法之前设置。