Java 线程的基本概念

创建和运行线程

方法一，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();

例如：

// 构造方法的参数是给线程指定名字，推荐
Thread t1 = new Thread("t1") {
 @Override
 // run 方法内实现了要执行的任务
public void run() {
 log.debug("hello");
    }
 };
 t1.start();

方法二，使用 Runnable 配合 Thread

把【线程】和【任务】（要执行的代码）分开

• Thread 代表线程
• Runnable 可运行的任务（线程要执行的代码）

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(); 

例如：

// 创建任务对象
Runnable task2 = new Runnable() {
 @Override
 public void run() {
 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();

方法三，FutureTask 配合 Thread

FutureTask 能够接收 Callable 类型的参数，用来处理有返回结果的情况

// 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);

观察多个线程同时运行

windows
任务管理器可以查看进程和线程数，也可以用来杀死进程

• tasklist 查看进程
• taskkill 杀死进程

linux

• 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

Java

• jps 命令查看所有 Java 进程
• jstack (PID) 查看某个 Java 进程（PID）的所有线程状态
• jconsole 来查看某个 Java 进程中线程的运行情况（图形界面）

jconsole 远程监控配置
需要以如下方式运行你的 java 类

java -Djava.rmi.server.hostname=`ip地址` -Dcom.sun.management.jmxremote 
Dcom.sun.management.jmxremote.port=`连接端口` -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl 是否安全连接 
Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=是否认证 java类

• 修改 /etc/hosts 文件将 127.0.0.1 映射至主机名

如果要认证访问，还需要做如下步骤

• 复制 jmxremote.password 文件
• 修改 jmxremote.password 和 jmxremote.access 文件的权限为 600 即文件所有者可读写
• 连接时填入 controlRole（用户名），R&D（密码

原理之线程运行

Java Virtual Machine Stacks （Java 虚拟机栈）
我们都知道 JVM 中由堆、栈、方法区所组成，其中栈内存是给谁用的呢？其实就是线程，每个线程启动后，虚拟机就会为其分配一块栈内存。

• 每个栈由多个栈帧（Frame）组成，对应着每次方法调用时所占用的内存
• 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法
  线程上下文切换（Thread Context Switch）
  因为以下一些原因导致 cpu 不再执行当前的线程，转而执行另一个线程的代码
• 线程的 cpu 时间片用完
• 垃圾回收
• 有更高优先级的线程需要运行
• 线程自己调用了 sleep、yield、wait、join、park、synchronized、lock 等方法

当 Context Switch 发生时，需要由操作系统保存当前线程的状态，并恢复另一个线程的状态，Java 中对应的概念就是程序计数器（Program Counter Register），它的作用是记住下一条 jvm 指令的执行地址，是线程私有的

• 状态包括程序计数器、虚拟机栈中每个栈帧的信息，如局部变量、操作数栈、返回地址等
• Context Switch 频繁发生会影响性能

常见方法

start 与 run

调用 run

public static void main(String[] args) {
 Thread t1 = new Thread("t1") {
 @Override
 public void run() {
 log.debug(Thread.currentThread().getName());
 FileReader.read(Constants.MP4_FULL_PATH);
        }
    };
 }
 t1.run();
 log.debug("do other things ...")

输出

19:39:14 [main] c.TestStart - main
 19:39:14 [main] c.FileReader - read [1.mp4] start ...
 19:39:18 [main] c.FileReader - read [1.mp4] end ... cost: 4227 ms
 19:39:18 [main] c.TestStart - do other things ...

程序仍在 main 线程运行，FileReader.read() 方法调用还是同步的

调用 start
将上述代码的
t1.run() 改为
t1.start();
输出

19:41:30 [main] c.TestStart - do other things ...
 19:41:30 [t1] c.TestStart - t1
 19:41:30 [t1] c.FileReader - read [1.mp4] start ...
 19:41:35 [t1] c.FileReader - read [1.mp4] end ... cost: 4542 ms

程序在 t1 线程运行，FileReader.read() 方法调用是异步的

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
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

yield
InterruptedException

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
2. 具体的实现依赖于操作系统的任务调度器

线程优先级

• 线程优先级会提示（hint）调度器优先调度该线程，但它仅仅是一个提示，调度器可以忽略它
• 如果 cpu 比较忙，那么优先级高的线程会获得更多的时间片，但 cpu 闲时，优先级几乎没作用

Runnable task1 = () -> {
 int count = 0;
 for (;;) {
 System.out.println("---->1 " + count++);
    }
 };
 Runnable task2 = () -> {
 int count = 0;
 for (;;) {
 // Thread.yield();
 System.out.println("              ---->2 " + count++);
    }
 };
 Thread t1 = new Thread(task1, "t1");
 Thread t2 = new Thread(task2, "t2");
 // t1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
 // t2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
 t1.start();
 t2.start();

join 方法详解

为什么需要 join
下面的代码执行，打印 r 是什么？

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();
 log.debug("结果为:{}", r);
 log.debug("结束");
 }

分析

• 因为主线程和线程 t1 是并行执行的，t1 线程需要 1 秒之后才能算出
• 而主线程一开始就要打印 r 的结果，所以只能打印出

解决方法

• 用 sleep 行不行？为什么？
• 用 join，加在 t1.start() 之后即可

interrupt 方法详解

打断 sleep，wait，join 的线程
这几个方法都会让线程进入阻塞状态
打断 sleep 的线程, 会清空打断状态，以 sleep 为例

private static void test1() throws InterruptedException {
 Thread t1 = new Thread(()->{
 sleep(1);
    }, 
"t1");
 t1.start();
 }
 sleep(0.5);
 t1.interrupt();
 log.debug(" 打断状态: {}", t1.isInterrupted())

输出

java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
 at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
 at java.lang.Thread.sleep(Thread.java:340)
 at java.util.concurrent.TimeUnit.sleep(TimeUnit.java:386)
 at cn.itcast.n2.util.Sleeper.sleep(Sleeper.java:8)
 at cn.itcast.n4.TestInterrupt.lambda$test1$3(TestInterrupt.java:59)
 at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
 21:18:10.374 [main] c.TestInterrupt -  打断状态: false

打断正常运行的线程
打断正常运行的线程, 不会清空打断状态

private static void test2() throws InterruptedException {
 Thread t2 = new Thread(()->{
 while(true) {
 Thread current = Thread.currentThread();
 boolean interrupted = current.isInterrupted();
 if(interrupted) {
 log.debug(" 打断状态: {}", interrupted);
 break;
            }
        }
    }, 
"t2");
 t2.start();
 sleep(0.5);
 t2.interrupt();
 }

输出

20:57:37.964 [t2] c.TestInterrupt -  打断状态: true 

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(0.5);
 t1.interrupt();
 }

输出

21:11:52.795 [t1] c.TestInterrupt - park... 
21:11:53.295 [t1] c.TestInterrupt - unpark... 
21:11:53.295 [t1] c.TestInterrupt - 打断状态：true

如果打断标记已经是 true, 则 park 会失效

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...");

输出

08:26:38.123 [main] c.TestDaemon - 开始运行... 
08:26:38.213 [daemon] c.TestDaemon - 开始运行... 
08:26:39.215 [main] c.TestDaemon - 运行结束...

五种状态

是从 操作系统 层面来描述的

• 【初始状态】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

• 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）
• BLOCKED ，WAITING ，TIMED_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