Java并发编程(02)：线程核心机制，基础概念扩展

Posted 2021-03-05

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一、线程基本机制

1、概念描述

并发编程的特点是：可以将程序划分为多个分离且独立运行的任务，通过线程来驱动这些独立的任务执行，从而提升整体的效率。下面提供一个基础的演示案例。

2、应用案例

场景：假设有一个容器集合，需要拿出容器中的每个元素，进行加工处理，一般情况下直接遍历就好，如果数据偏大，可以根据线程数量对集合切割，每个线程处理一部分数据，这样处理时间就会减少很多。

public class ExtendThread01 {
    public static void main(String[] args) {
        List<Object> dataList = new ArrayList<>() ;
        dataList.add("A");
        dataList.add("B");
        dataList.add("C");
        // 把一个大的集合按照每个子集合的2个元素切割
        List<List<Object>> splitList = splitList(dataList,2);
        for (List<Object> list:splitList){
            System.out.println(list);
        }
        // 多线程处理
        for (List<Object> childList:splitList){
            ListTask listTask = new ListTask(childList) ;
            Thread runThread = new Thread(listTask);
            runThread.start();
        }
    }
    /**
     * List 集合切割
     */
    private static List<List<Object>> splitList (List<Object> list, int childSize) {
        if (list == null || list.size() == 0 || childSize < 1) {
            return null;
        }
        List<List<Object>> result = new ArrayList<>();
        int size = list.size();
        int count = (size + childSize - 1) / childSize ;
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            List<Object> subList = list.subList(i * childSize, ((i + 1) * childSize > size ? size : childSize * (i + 1)));
            result.add(subList);
        }
        return result;
    }
}
class ListTask implements Runnable {
    private List<Object> list ;
    public ListTask (List<Object> list){this.list=list;}
    @Override
    public void run() {
        for (Object object:list){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"=="+object);
        }
    }
}

注意：这里案例只是对场景原理的实现，在开发中，是不允许这种操作的，需要使用线程池处理，后续会说。如果集合没有控制好，导致大量创建Thread线程，导致内存溢出。

二、线程停止启动

1、基础流程

线程启动后执行任务方法，在执行过程中可以被阻塞，休眠，唤醒，停止等一系列状态操作。

线程休眠作用：当线程一部分任务执行完毕后进入休眠（阻塞）状态，线程调度器可以切换到另外线程，这对分布任务的执行相对公平。

2、使用案例

public class ExtendThread02 {
    public static void main(String[] args) {
        StopThread stopThread = new StopThread() ;
        stopThread.start();
        // 标记当前线程停止信号，且抛出中断异常，但没有停止
        stopThread.interrupt();
        // 判断当前线程是否已经是终止状态
        System.out.println("1=="+stopThread.isInterrupted());
        // 清除当前线程的终止信号
        System.out.println("2=="+stopThread.interrupted());
        // 再次判断当前线程状态
        System.out.println("3=="+stopThread.isInterrupted());
        System.out.println("main end ...");
    }
}
class StopThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0 ; i < 10 ; i++){
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getId()+"="+i);
                // 线程阻塞1秒
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

3、核心方法

sleep(long millis)：线程休眠指定的时间，进入阻塞状态；

interrupt()：切换线程为中断状态，抛出中断异常，不会停止线程，可以监视线程的中断状态并定义执行策略。

interrupted()：清除调用该方法线程的中断状态，也不会影响线程的执行，且返回当前执行‘stopThread.interrupted()’的线程是否中断，这里就是指main线程是否中断。

isInterrupted()：判断调用该方法的线程是否已经是中断状态。

补刀一句：线程的这几个方法极其容易混淆，需要断点源码追踪一下看看，进入源码方法，调用相关API查看一下状态。(附断点图一张：)

三、线程优先级

1、基础概念

CPU执行和处理线程的顺序是不确定的，但是线程调度器倾向执行线程优先级高的线程，线程优先级高说明获取CPU资源的概率高，或者获取的执行时间分片多，但不代表优先级低的一定最后执行。

2、使用案例

public class ExtendThread03 {
    public static void main(String[] args) {
        Priority01 priority01 = new Priority01();
        priority01.start();
        System.out.println("priority01="+priority01.getPriority());
        Priority02 priority02 = new Priority02();
        priority02.start();
        System.out.println("priority02="+priority02.getPriority());
        priority01.setPriority(10);
        priority02.setPriority(1);
    }
}
class Priority01 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0 ; i < 100 ; i++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+";i="+i);
        }
    }
}
class Priority02 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int a = 0 ; a < 100 ; a++){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+";a="+a);
        }
    }
}

注意：优先级范围[MAX_PRIORITY=10，MIN_PRIORITY=1],如果超出范围会抛出IllegalArgumentException异常。

建议：通常实际开发中，是不允许轻易修改线程运行的参数，容易引发认知之外的异常。

四、线程加入

1、基本概念

如果在线程A中，执行线程B的加入方法，那么A线程就会等待线程B执行完毕再返回继续执行。

2、使用案例

public class ExtendThread04 {
    public static void main(String[] args) {
        JoinThreadA joinThreadA = new JoinThreadA() ;
        joinThreadA.start();
    }
}
class JoinThreadA extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("缺水中...");
        JoinThreadB joinThreadB = new JoinThreadB() ;
        joinThreadB.start();
        try{
            joinThreadB.join();
        } catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("喝水中...");
    }
}
class JoinThreadB extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("买水中...");
        try{
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("买到水...");
    }
}

注意：可以设置线程的加入时间join(long)，毕竟等不到雪月风花,人生都是有时差，只能后会无期了。

五、本地线程

1、基本概念

本地的线程变量，底层维护ThreadLocalMap存储值：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    Object value;
    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}

即以Key-Value键值对的方式存储数据。如果对集合容器的源码熟悉的话，这个Entry就是似曾相识感觉。

2、使用案例

public class ExtendThread05 {
    private static final ThreadLocal<Long> threadLocal = new ThreadLocal<>() ;
    private static void initBegin (){
        threadLocal.set(System.currentTimeMillis());
    }
    private static Long overTime (){
        return System.currentTimeMillis()-threadLocal.get();
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExtendThread05.initBegin();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        System.out.println(ExtendThread05.overTime());
    }
}

ThreadLocal提供线程内存储变量的能力，并且绑定到当前线程，通过get和set方法就可以得到和设置当前线程对应的值。这个在web开发中是常见的应用。

六、守护线程

1、基本概念

守护线程是支持辅助型线程，主要在程序中起到调度和支持性作用，当Jvm中非守护线程全部结束，守护线程也就会结束。

2、使用案例

public class ExtendThread06 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        InputStreamReader is = new InputStreamReader(System.in);
        BufferedReader br = new BufferedReader(is);
        String value = br.readLine();
        CheckThread checkThread = new CheckThread(value) ;
        checkThread.setDaemon(true);
        checkThread.start();
        System.out.println("Main End ...");
    }
}
class CheckThread extends Thread {
    private String spell ;
    public CheckThread (String spell){
        this.spell = spell ;
    }
    @Override
    public void run() {
        if (spell.startsWith("cs")){
            System.out.println(spell+"：输入正确");
        } else {
            System.out.println(spell+"：输入错误");
        }
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
        } catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

注意：守护线程需要显式调用setDaemon(true);方法，这里可以看到main线程结束，整合程序就结束了，丝毫理会休眠中的守护线程。如果打断非守护线程的休眠，试试会不会抛你一脸异常？

七、线程异常处理

1、机制描述

按照Java中异常处理机制，抛异常逐级降低，线程的任务方法run没有抛异常，那重写或者实现的方法自然不能直接throws异常出去。多线程中推荐捕获异常，可以针对性处理机制。

2、使用案例

public class ExtendThread07 {
    public static void main(String[] args) {
        TryThread tryThread = new TryThread();
        tryThread.setName("try-name");
        // 定义运行中异常处理策略
        MyExe myExe = new MyExe() ;
        tryThread.setUncaughtExceptionHandler(myExe);
        tryThread.start();
    }
}
class TryThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        // 如何处理这里异常？
        Integer.parseInt("cicada") ;
    }
}
class MyExe implements Thread.UncaughtExceptionHandler {
    @Override
    public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
        System.out.println(t.getName()+"；异常："+e.getMessage());
    }
}

通过实现UncaughtExceptionHandler接口，并且线程要指定自定义异常处理对象，也可以处理未检查的异常。

八、源代码地址

GitHub·地址
https://github.com/cicadasmile/java-base-parent
GitEE·地址
https://gitee.com/cicadasmile/java-base-parent