聊一聊線程是如何運作的

線程運作的基本原理

在

java

應用程式中，使用

new Thread().start()

來啟動一個線程時，底層會進行怎樣的處理？我們通過一個簡單的流程圖來進一步分析：

如上圖， java 代碼中建立并啟動了一個線程，在 JVM 中調用相關方法通知到作業系統，作業系統首先接收到 JVM 指令會先建立一個線程出來，這時候線程并不會馬上執行，它會通過作業系統 CPU 排程算法把該線程配置設定給某個 CPU 來執行， CPU 執行任務的時候就會回調線程中的 run() 方法來執行相關指令。

線程的運作狀态

一個線程從啟動到銷毀的這一個生命周期中會經曆各種不同的狀态，微觀上

java

應用中線程一共分為6種狀态：

NEW：建立狀态，當執行 new Thread() 的時候線程處于此狀态。
RUNNABLE：運作狀态，線程調用 start() 方法啟動線程後的狀态，一般線程調用 start() 後會進入一個隊列就緒，等獲得CPU執行權後才真正開始執行線程中的 run() 代碼塊。
BLOCKED：阻塞狀态，當線程在執行 synchronized 代碼塊，沒有搶占到同步鎖時會變成阻塞狀态。
WAITING：等待狀态，當調用 Object.wait() 方法時，線程會進入該等待狀态。
TIMED_WAITING：逾時等待狀态，例如 Thread.sheep(timeout) 逾時後會自動喚醒線程。
TERMINATED：終止狀态，當線程中的 run() 方法正常執行完或者調用 interrupt() 的時候線程變為此狀态。

從宏觀上看就分為五種狀态：建立、就緒、運作、等待、死亡，整體的狀态運作流轉如下圖：

如何終止線程

首先

run()

方法中的指令正常運作結束後線程自然會進入終止狀态。那麼如果我們想要終止一個運作中的線程該怎麼辦?

使用stop()終止

使用

stop()

方法，該方式肯定是行不通的，該方法會強制停止一個線程的執行，并且會釋放線程中所占用的鎖，這種鎖的釋放是不可控的。

static class StopThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100000; i++) {
            System.out.println("count:" + i);
        }
        System.out.println("thread run finish!");
    }
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    StopThread stopThread = new StopThread();
    stopThread.start();
    Thread.sleep(50);
    stopThread.stop();
}

由以上代碼所展示的在

for

循環未結束時就提前終止線程，導緻最後的

System.out.println("thread run finish!");

不會正常執行結束。

public void println(String x) {
    synchronized (this) {
        print(x);
        newLine();
    }
}

進入

println

的源碼看一下，我們就能夠發現有

print(x)、newLint()

兩個操作是原子性的，是以增加了

synchronized

同步鎖進行保護，按正常是不應該出現問題的，但是執行

stop()

操作會強制釋放所有鎖，進而導緻

println()

操作的原子性被破壞（上面的代碼多運作幾次就可能出現最後一次循環沒有換行，就是存在

newLine()

未被執行的可能），是以實際開發過程中是一定不能使用

stop()

來中斷線程的。

使用interrupt()終止

Thread

類也提供了一個方法

interrupt()

，從單詞意義上看就是中斷的意思，但實際操作上并不像

stop()

那樣直接了斷，而是通過一個信号量的方式來通知線程中斷的。那麼這種情況也是需要有線程自己來覺得是否終止，但是要想讓線程安全中斷就需要做兩件事：

外部線程需要發送一個中斷信号給正在運作中的線程。
正常運作中的線程需要根據該信号來判斷是否終止線程。

根據以上的條件，我們用一個簡單的例子，通過

interrupt()

方法進行信号傳遞，具體代碼如下：

static class InterruptThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        int i = 0;
        while (!this.isInterrupted()) {
            i++;
        }
        System.out.println("thread interrupt in:" + i);
    }
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    InterruptThread interruptThread = new InterruptThread();
    interruptThread.start();
    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
    System.out.println("interrupt status is:" + interruptThread.isInterrupted());
    interruptThread.interrupt();
    System.out.println("interrupt status is:" + interruptThread.isInterrupted());
}

上述代碼中，首先建立并開啟一個線程

InterruptThread

，該線程

run()

方法中使用

while

循環進行計數，判斷條件為

!this.isInterrupted()

目前線程是否為中斷狀态，如果線程調用

interrupt()

方法那麼

isInterrupted()=true

，

while

條件不通過就停止循環列印控制台日志，線程運作結束。

從這個示例可以看出線程在調用

interrupt()

方法後并沒有直接了斷的把線程中斷掉，而是通過傳遞消息的形式來決定是否停止線程，這樣就可以在收到中斷信号後繼續把

run()

方法後面的代碼指令執行完，最終達成線程安全中斷的目的。

如何中斷阻塞狀态的線程

如果一個線程處于阻塞狀态，那麼能否也通過

interrupt()

方法進行中斷？答案肯定是可以的，具體要怎麼操作我們還是先上代碼分析：

static class BlockedInterruptThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        int i = 0;
        while (!this.isInterrupted()) {
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            i++;
        }
        System.out.println("thread interrupt in:" + i);
    }
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    BlockedInterruptThread blockedInterruptThread = new BlockedInterruptThread();
    blockedInterruptThread.start();
    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
    System.out.println("interrupt status is:" + blockedInterruptThread.isInterrupted());
    blockedInterruptThread.interrupt();
    System.out.println("interrupt status is:" + blockedInterruptThread.isInterrupted());
}

上面這段代碼看是使用

interrupt()

通知線程進行中斷，但是運作結果我們會發現其實線程并沒有被中斷，而是列印出了異常堆棧資訊并且還在運作中。

為什麼我們發出

interrupt()

指令而為什麼線程沒有被中斷呢？根據上面我們描述的狀态流轉圖可以看到，線程的狀态是不可能從直接狀态直接終止的，而是處于阻塞狀态的線程必須也隻能先進入就緒狀态，再進入運作狀态之後才能正常終止。是以上面的代碼抛出的

InterruptedException

異常就是因為線程處于阻塞中被提前喚醒了，也就是說在休眠阻塞時間未結束提前喚醒線程進入了就緒狀态。

static class BlockedInterruptThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        int i = 0;
        while (!this.isInterrupted()) {
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
                // 再次發起中斷
                this.interrupt();
            }
            i++;
        }
        System.out.println("thread interrupt in:" + i);
    }
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    BlockedInterruptThread blockedInterruptThread = new BlockedInterruptThread();
    blockedInterruptThread.start();
    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
    System.out.println("interrupt status is:" + blockedInterruptThread.isInterrupted());
    blockedInterruptThread.interrupt();
    System.out.println("interrupt status is:" + blockedInterruptThread.isInterrupted());
}

直接捕獲異常輸出日志不做任何處理，線程繼續運作。
将異常抛出讓調用方處理。
列印異常資訊并停止目前線程。
記錄日志，結合資料庫或其他中間件做任務重試處理。

聊一聊線程是如何運作的

線程運作的基本原理

線程的運作狀态

如何終止線程

使用stop()終止

使用interrupt()終止

如何中斷阻塞狀态的線程

總結

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