Java并發程式設計：Java線程(一)

建立和運作線程

• 方法一：直接使用Thread

// 建立線程對象
Thread t = new Thread("name") {
    public void run() {
        // 要執行的任務
    }
};
// 啟動線程
t.start();

// Java 8 以後可以使用lambda精簡代碼
Thread t = new Thread(()->{
    // 要執行的代碼
});
           

• 方法二：使用Runnable配合Thread

把【線程】與【任務】（要執行的代碼）分開，Thread代表線程，Runnable可運作的任務（線程要執行的代碼）

Runnable runnable = new Runnable() {
    public void run() {
        // 要執行的任務
    }
}; 
// 建立線程對象 參數1：任務對象 參數2：線程名字
Thread t = new Thread(runnable, "name");
// 啟動線程
t.start();
           

• 小結
  • 方法一把線程和任務合并在了一起，方法二是把線程和任務分開了
  • 用Runnable更容易與線程池等進階API配合
  • 用Runnable讓任務類脫離了Thread繼承體系，更靈活
• 方法三：FutureTask配合Thread

// 建立任務對象
FutureTask<Integer> task3 = new FutureTask<>(()->{
    log.debug("hello");
    return 100;
});
// 參數1 是任務對象; 參數2 是線程名字，推薦
new Thread(task3, "t3").start();
// 主線程阻塞，同步等待 task 執行完畢的結果
Integer result = task3.get();
log.debug("結果是：{}", result);
           

原理之線程運作

棧與棧幀

JVM中由堆、棧、方法區所組成，其中棧記憶體給線程用，每個線程啟動後，虛拟機就會為其配置設定一塊棧記憶體。

• 每個棧由多個棧幀（Frame）組成，對應着每次方法調用時所占用的記憶體
• 每個線程隻能有一個活動棧幀，對應着目前正在執行的那個方法

線程上下文切換

因為以下一些原因導緻CPU不再執行目前的線程，轉而執行另一個線程的代碼：

• 被動
  • 線程的CPU時間片用完
  • 垃圾回收
  • 有更高優先級的線程需要運作
• 主動
  • 線程自己調用了sleep、yield、wait、join、park、synchronized、lock等方法

當Context Switch發生時，需要由作業系統儲存目前線程的狀态，并恢複另一個線程的狀态，Java中對應的概念就是程式計數器（Program Counter Register）， 它的作用是記住下一條jvm指令的執行位址，是線程私有的

• 狀态包括程式計數器、虛拟機棧中每個棧幀的資訊，如局部變量、操作數棧、傳回位址等
• Context Switch頻繁發生會影響性能

常見方法

方法名	static	功能說明	注意
start()	啟動一個新線程，在新的線程運作 run 方法中的代碼	start 方法隻是讓線程進入就緒，裡面代碼不一定立刻運作（CPU 的時間片還沒分給它）。每個線程對象的start方法隻能調用一次，如果調用了多次會出現IllegalThreadStateException
run()	新線程啟動後會調用的方法	如果在構造 Thread 對象時傳遞了 Runnable 參數，則線程啟動後會調用 Runnable 中的 run 方法，否則預設不執行任何操作。但可以建立 Thread 的子類對象，來覆寫預設行為
join()	等待線程運作結束
join(long n )	等待線程運作結束,最多等待 n毫秒
getId()	擷取線程長整型的 id	id唯一
getName()	擷取線程名
setName(String)	修改線程名
getPriority()	擷取線程優先級
setPriority(int)	修改線程優先級	java中規定線程優先級是1~10 的整數，較大的優先級能提高該線程被 CPU 排程的機率
getState()	擷取線程狀态	Java 中線程狀态是用 6 個 enum 表示，分别為：NEW, RUNNABLE, BLOCKED, WAITING,TIMED_WAITING, TERMINATED
isInterrupted()	判斷是否被打斷	不會清除打斷标記
isAlive()	線程是否存活（還沒有運作完畢）
interrupt()	打斷線程	如果被打斷線程正在 sleep，wait，join 會導緻被打斷的線程抛出 InterruptedException，并清除 打斷标記 ；如果打斷的正在運作的線程，則會設定 打斷标記 ；park 的線程被打斷，也會設定 打斷标記
interrupted()	static	判斷目前線程是否被打斷	會清除 打斷标記
currentThread()	static	擷取目前正在執行的線程
sleep(long n)	static	讓目前執行的線程休眠n毫秒，休眠時讓出 cpu的時間片給其它線程
yield()	static	提示線程排程器讓出目前線程對CPU的使用	主要是為了測試和調試

sleep與yield

• sleep
  • 調用sleep會讓目前線程從 Running 進入 Timed Waiting 狀态(阻塞)
  • 其他線程可以使用 interrupt 方法打斷正在睡眠的線程，這時 sleep 方法會抛出 InterruptedException
  • 睡眠結束後的線程未必會立刻得到執行
  • 建議用TimeUnit的sleep代替Thread的sleep來獲得更好的可讀性
• yield
  • 調用 yield 會讓目前線程從 Running 進入 Runnable 就緒狀态，然後排程執行其它線程
  • 具體的實作依賴于作業系統的任務排程器

線程優先級

• 線程優先級會提示（hint）排程器優先排程該線程，但它僅僅是一個提示，排程器可以忽略它
• 如果 cpu 比較忙，那麼優先級高的線程會獲得更多的時間片，但 cpu 閑時，優先級幾乎沒作用

Reference

全面深入學習java并發程式設計