Java并发编程：Java线程(一)

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("name") {
    public void run() {
        // 要执行的任务
    }
};
// 启动线程
t.start();

// Java 8 以后可以使用lambda精简代码
Thread t = new Thread(()->{
    // 要执行的代码
});
           

• 方法二：使用Runnable配合Thread

把【线程】与【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 参数1：任务对象 参数2：线程名字
Thread t = new Thread(runnable, "name");
// 启动线程
t.start();
           

• 小结
  • 方法一把线程和任务合并在了一起，方法二是把线程和任务分开了
  • 用Runnable更容易与线程池等高级API配合
  • 用Runnable让任务类脱离了Thread继承体系，更灵活
• 方法三：FutureTask配合Thread

// 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);
           

原理之线程运行

栈与栈帧

JVM中由堆、栈、方法区所组成，其中栈内存给线程用，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

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：

• 被动
  • 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
• 主动
  • 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

方法名	static	功能说明	注意
start()	启动一个新线程，在新的线程运行 run 方法中的代码	start 方法只是让线程进入就绪，里面代码不一定立刻运行（CPU 的时间片还没分给它）。每个线程对象的start方法只能调用一次，如果调用了多次会出现IllegalThreadStateException
run()	新线程启动后会调用的方法	如果在构造 Thread 对象时传递了 Runnable 参数，则线程启动后会调用 Runnable 中的 run 方法，否则默认不执行任何操作。但可以创建 Thread 的子类对象，来覆盖默认行为
join()	等待线程运行结束
join(long n )	等待线程运行结束,最多等待 n毫秒
getId()	获取线程长整型的 id	id唯一
getName()	获取线程名
setName(String)	修改线程名
getPriority()	获取线程优先级
setPriority(int)	修改线程优先级	java中规定线程优先级是1~10 的整数，较大的优先级能提高该线程被 CPU 调度的机率
getState()	获取线程状态	Java 中线程状态是用 6 个 enum 表示，分别为：NEW, RUNNABLE, BLOCKED, WAITING,TIMED_WAITING, TERMINATED
isInterrupted()	判断是否被打断	不会清除打断标记
isAlive()	线程是否存活（还没有运行完毕）
interrupt()	打断线程	如果被打断线程正在 sleep，wait，join 会导致被打断的线程抛出 InterruptedException，并清除 打断标记 ；如果打断的正在运行的线程，则会设置 打断标记 ；park 的线程被打断，也会设置 打断标记
interrupted()	static	判断当前线程是否被打断	会清除 打断标记
currentThread()	static	获取当前正在执行的线程
sleep(long n)	static	让当前执行的线程休眠n毫秒，休眠时让出 cpu的时间片给其它线程
yield()	static	提示线程调度器让出当前线程对CPU的使用	主要是为了测试和调试

sleep与yield

• sleep
  • 调用sleep会让当前线程从 Running 进入 Timed Waiting 状态(阻塞)
  • 其他线程可以使用 interrupt 方法打断正在睡眠的线程，这时 sleep 方法会抛出 InterruptedException
  • 睡眠结束后的线程未必会立刻得到执行
  • 建议用TimeUnit的sleep代替Thread的sleep来获得更好的可读性
• yield
  • 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
  • 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

Reference

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