Java并发编程Thread详解

Posted 2021-01-11

一、概述

在开始学习Thread之前，我们先来了解一下 线程和进程之间的关系：

线程(Thread)是进程的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位。 线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。 线程和进程的关系是：线程是属于进程的，线程运行在进程空间内，同一进程所产生的线程共享同一内存空间，当进程退出时该进程所产生的线程都会被强制退出并清除。

由上描述，可以得知线程作为cpu的基本调度单位，只有把多线程用好，才能充分利用cpu的多核资源。

本文基于JDK 8（也可以叫JDK 1.8）。

二、线程使用

2.1 启动线程

创建线程有四种方式：

• 实现Runnable接口
• 继承Thread类
• 使用JDK 8 的Lambda
• 使用Callable和Future

2.1.1 Runnable创建方式

public class MyThread implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

Thread thread = new Thread(new MyThread());
thread.start();

2.1.2 继承Thread创建方式

public class MyThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

MyThread thread = new MyThread();
thread.start();

以上代码有更简单的写法，如下：

Thread thread = new Thread(){
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
};
thread.start();

2.1.3 Lambda创建方式

new Thread(()-> System.out.println(Thread.currentThread().getName())).start();

2.1.4 使用Callable和Future

看源码可以知道Thread的父类是Runnable是JDK1.0提供的，而Callable和Runnable类似，是JDK1.5提供的，弥补了调用线程没有返回值的情况，可以看做是Runnable的一个补充，下面看看Callable的实现。

public class MyThread implements Callable<String> {

    @Override
    public String call() throws Exception {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        return Thread.currentThread().getName();
    }
}

Callable<String> callable = new MyThread();
FutureTask<String> ft = new FutureTask<>(callable);
new Thread(ft,"threadName").start();
System.out.println(ft.get());

2.1.5 run()和start()的区别

真正启动线程的是start()方法而不是run()，run()和普通的成员方法一样，可以重复使用，但不能启动一个新线程。

2.2 Thread的常用方法

Thread类方法

方法	说明
start()	启动线程
setName(String name)	设置线程名称
setPriority(int priority)	设置线程优先级，默认5，取值1-10
join(long millisec)	挂起线程xx毫秒，参数可以不传
interrupt()	终止线程
isAlive()	测试线程是否处于活动状态

Thread静态（static）方法

方法	说明
yield()	暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。
sleep(long millisec)/sleep(long millis, int nanos)	挂起线程xx秒，参数不可省略
currentThread()	返回对当前正在执行的线程对象的引用
holdsLock(Object x)	当前线程是否拥有锁

2.3 sleep()和wait()的区别

sleep为线程的方法，而wait为Object的方法，他们的功能相似，最大本质的区别是：sleep不释放锁，wait释放锁。

用法上的不同：sleep(milliseconds)可以用时间指定来使他自动醒过来，如果时间不到你只能调用interreput()来终止线程；wait()可以用notify()/notifyAll()直接唤起。

重点： 测试wait和sleep释放锁的代码如下：

public class SynchronizedTest extends Thread {
    int number = 10;
    public synchronized void first(){
        System.out.println("this is first!");
        number = number+1;
    }
    public synchronized void secord() throws InterruptedException {
        System.out.println("this is secord!!");
        Thread.sleep(1000);
//        this.wait(1000);
        number = number*100;
    }
    @Override
    public void run() {
        first();
    }
}

SynchronizedTest synchronizedTest = new SynchronizedTest();
synchronizedTest.start();
synchronizedTest.secord();
// 主线程稍等10毫秒
Thread.sleep(10);
System.out.println(synchronizedTest.number);

根据结果可以得知：

• 执行sleep(1000)运行的结果是：1001
• 执行wait(1000)运行的结果是：1100

总结： 使用 sleep(1000)不释放同步锁，执行的是10*100+1=1001，wait(1000)释放了锁，执行的顺序是(10+1)x100=1100，所以sleep不释放锁，wait释放锁。

三、线程状态

3.1 线程状态概览

线程状态：

• NEW 尚未启动
• RUNNABLE 正在执行中
• BLOCKED 阻塞的（被同步锁或者IO锁阻塞）
• WAITING 永久等待状态
• TIMED_WAITING 等待指定的时间重新被唤醒的状态
• TERMINATED 执行完成

线程的状态可以使用getState()查看，更多状态详情，查看Thread源码，如下图：

3.2 线程的状态代码实现

3.2.1 NEW 尚未启动状态

Thread thread = new Thread() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
};
// 只声明不调用start()方法，得到的状态是NEW
System.out.println(thread.getState()); // NEW

3.2.2 RUNNABLE 运行状态

Thread thread = new Thread() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
};
thread.start();
System.out.println(thread.getState()); // RUNNABLE

3.2.3 BLOCKED 阻塞状态

使用synchronized同步阻塞实现，代码如下：

public class MyCounter {
    int counter;
    public synchronized void increase()  {
        counter++;
        try {
            Thread.sleep(10*1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

MyCounter myCounter = new MyCounter();
// 线程1调用同步线程，模拟阻塞
new Thread(()-> myCounter.increase()).start();
// 线程2继续调用同步阻塞方法
Thread thread = new Thread(()-> myCounter.increase());
thread.start();

// 让主线程等10毫秒
Thread.currentThread().sleep(10);
// 打印线程2，为阻塞状态：BLOCKED
System.out.println(thread.getState());

3.2.4 WAITING 永久等待状态

public class MyThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        synchronized (MyThread.class){
            try {
                MyThread.class.wait();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

Thread thread = new Thread(new MyThread());
thread.start();
// 主线程挂起200毫秒，等thread执行完成
Thread.sleep(200);
// 输出WAITING，线程thread一直处于被挂起状态
System.out.println(thread.getState());

唤醒线程： 可使用 notify/notifyAll 方法，代码如下：

synchronized (MyThread.class) {
    MyThread.class.notify();
}

使线程WAITING的方法：

• Object的wait() 不设置超时时间
• Thread.join()不设置超时时间
• LockSupport的park()

查看Thread源码可以知道Thread的join方法，底层使用的是Object的wait实现的，如下图：

注意： 查看Object的源码可知wait()，不传递参数，等同于wait(0)，设置的“0”不是立即执行，而是无限的等待，不执行，如下图：

3.2.5 TIMED_WAITING 超时等待状态

TIMED_WAITING状态，只需要给wait设置上时间即可，代码如下：

public class MyThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        synchronized (MyThread.class){
            try {
                MyThread.class.wait(1000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

调用代码还是一样的，如下：

Thread thread = new Thread(new MyThread());
thread.start();
// 主线程挂起200毫秒，等thread执行完成
Thread.sleep(200);
// 输出TIMED_WAITING
System.out.println(thread.getState());
synchronized (MyThread.class) {
    MyThread.class.notify();
}

3.2.6 TERMINATED 完成状态

Thread thread = new Thread(()-> System.out.println(Thread.currentThread().getName()));
thread.start();
// 让主线程等10毫秒
Thread.currentThread().sleep(10);
System.out.println(thread.getState());

四、死锁

根据前面的知识，我们知道使用sleep的时候是不释放锁的，所以利用这个特性我们可以很轻易的写出死锁的代码，具体的流程如图（图片来源于杨晓峰老师文章）：

代码如下：

static  Object object1 = new Object();
static  Object object2 = new Object();

public static void main(String[] args) {

    Thread thread = new Thread(){
        @Override
        public void run() {
            synchronized (object1){
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (object2){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                }
            }
        }
    };

    Thread thread2 = new Thread(){
        @Override
        public void run() {
            synchronized (object2){
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (object1){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                }
            }
        }
    };

    thread.start();
    thread2.start();

运行上面的代码，程序会处于无限等待之中。

五、总结

根据上面的内容，我们已经系统的学习Thread的使用了，然而学而不思则罔，最后留一个思考题：根据本文介绍的知识，怎么能避免死锁？（哈哈，卖个关子，根据文章的知识点组合可以得出答案）

×××：https://github.com/vipstone/java-core-example.git

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推荐部分

本人最近看了前Oracle首席工程师杨晓峰的课程，也是第四部分引用的流程图的主人，感觉很不错，推荐给你，一起来系统的学习Java核心吧。

参考文档

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/Thread.State.html