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JUC - Java线程

依赖准备

本知识体系的代码不使用 System.out.println() 输出到控制台,而是使用 log.info 进行输出,下面是 log 的依赖:

xml
<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.slf4j</groupId>
        <artifactId>slf4j-api</artifactId>
        <version>2.0.0-alpha7</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.slf4j</groupId>
        <artifactId>slf4j-log4j12</artifactId>
        <version>2.0.0-alpha7</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.projectlombok</groupId>
        <artifactId>lombok</artifactId>
        <version>1.18.24</version>
        <scope>compile</scope>
    </dependency>
</dependencies>

然后在 resource 下创建 properties 文件,名字叫做 log4j.properties,内容如下:

properties
log4j.rootLogger=DEBUG,console

# 在控制台输出日志
log4j.appender.console=org.apache.log4j.ConsoleAppender
log4j.appender.console.Threshold=DEBUG
log4j.appender.console.layout=org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.console.layout.ConversionPattern=%d [%t] %c - %m%n

最后介绍如何使用 log 输出到控制台,在类上使用 @Slf4j 注解,然后就可以了在该类里使用 log 功能吗,如:

java
@Slf4j(topic = "Test")
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        log.info("测试");
    }
}

输出:

java
2022-05-18 01:19:02,486 [main] Test - 测试

如果 @Slf4j 里不加值,即不加 topic = "xxx",则默认 topic 等于类的包路径,如

java
2022-05-18 01:20:10,922 [main] cn.youngkbt.test.Test - 测试

Test.java 的类路径是 cn.youngkbt.test.Test。

创建和运行线程

使用 Thread

直接使用 Thread 线程类创建线程。

java
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 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:

java
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 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();
    }
}

输出:

java
19:19:00 [t1] c.ThreadStarter - hello

使用 Runnable

Runnable 是任务,Thread 是线程,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)
java
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 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();
    }
}

例如:

java
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 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();
    }
}

输出:

java
19:19:00 [t2] c.ThreadStarter - hello

Java 8 以后可以使用 lambda 精简代码

java
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建任务对象
        Runnable task2 = () -> 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();
    }
}

原理之 Thread 与 Runnable 的关系

new Thread(new Runnable) 的部分源码:

java
// new Thread(new Runnable) 的方法如下:
public Thread(Runnable target) {
    init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
    // 省略 ...
    this.target = target;
}
@Override
public void run() {
    if (target != null) {
        target.run();
    }
}

可以看到传入的 Runnable 被存在 Thread 的 target 变量里,然后调用 run() 方法时,其实就是调用 Runnable 的 run() 方法。

  • 建议 Runnable 实现多线程,这样可以让 Thread 线程类和 Runnable 任务类分开,实现组合调用
  • 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

使用 FutureTask

FutureTask 配合 Thread 使用,和 Runnable 类似,只不过 FutureTask 能有返回值。

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

java
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 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();
        System.out.println("结果是:" + result);  // 结果是:100
    }
}

查看进程线程的方法

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 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 查看某个进程(PID)的所有线程

Java

  • jps 命令查看所有 Java 进程
  • jstack 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:

sh
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

如果要 jconsole 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

栈与栈帧

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。

  • 一个线程对应一个栈,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

代码:

java
public class TestFrames {
    public static void main(String[] args) {
        method1(10);
    }

    private static void method1(int x) {
        int y = x + 1;
        Object m = method2();
        System.out.println(m);
    }

    private static Object method2() {
        Object n = new Object();
        return n;
    }
}

效果图:

image-20220505143457430

栈的相关内容具体看 JVM - 虚拟机栈

线程上下文切换

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 sleepyieldwaitjoinparksynchronizedlock 等方法

当线程上下文切换发生时,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,线程上下文切换频繁发生会影响性能。

线程常见方法

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()等待该线程运行结束
join(long n)等待该线程运行结束,最多等待 n 毫秒
getId()获取线程长整型的 idid 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
isAlive()线程是否存活(还没有运行完毕)
interrupt()打断该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
isInterrupted()判断是否被打断不会清除 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

start 与 run

调用 run

代码:

java
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:

java
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()

java
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.start();
    log.debug("do other things ...");
}

输出:

java
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。

小结

  • 直接调用 run 是在主线程中执行了 run,没有启动新的线程。

  • 使用 start 是启动新的线程,通过新的线程间接执行 run 中的代码。

sleep 与 yield

sleep

特点:

  • 调用 sleep 会让当前线程从 Running 进入 Timed Waiting 状态(阻塞)
  • 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 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

前两个代码示例:

调用 sleep 会让当前线程从 Running 进入 Timed Waiting 状态(阻塞)。

java
public class Test6 {

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread("t1") {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };

        t1.start();
        log.debug("t1 state: {}", t1.getState());

        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        log.debug("t1 state: {}", t1.getState());
    }
}

输出:

java
13:26:12.975 [main] c.Test6 - t1 state: RUNNABLE
13:26:13.479 [main] c.Test6 - t1 state: TIMED_WAITING

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 InterruptedException。

java
public class Test7 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread("t1") {
            @Override
            public void run() {
                log.debug("enter sleep...");
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    log.debug("wake up...");
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        t1.start();

        Thread.sleep(1000);
        log.debug("interrupt...");
        t1.interrupt();
    }
}

输出:

java
13:37:00.333 [t1] c.Test7 - enter sleep. . .
13:37:01.331 [main] c.Test7 - interrupt. . .
13:37:01.331 [t1] c.Test7 - wake up...
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
	at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
	at cn.itcast.test.Test7$1.run(Test7.java: 14)

建议用 TimeUnit 的 sleep 代替 Thread 的 sleep 来获得更好的可读性。

代码:

java
public class Test8 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 睡眠 1 秒
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        // 睡眠 1 分钟
        TimeUnit.MINUTES.sleep(1);
        // 睡眠 1 小时
        TimeUnit.HOURS.sleep(1);
        // 睡眠 1 天
        TimeUnit.DAYS.sleep(1);
    }
}

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
  • Runnable 就绪状态代表可以立即进入 Running 运行状态,所以有可能线程 yield 后,该线程依然处于 Running 状态,因为立即从 Runnable 进入 Running 状态
  • 具体的实现依赖于操作系统的任务调度器
java
public class Test9 {

    public static void main(String[] args) {
        Runnable task1 = () -> {
            int count = 0;
            for (;;) {
                System.out.println("---->1 " + count++);
            }
        };
        Runnable task2 = () -> {
            int count = 0;
            for (;;) {
                // yield 让出线程,所以大部分都是 task1 运行
                Thread.yield();
                System.out.println("              ---->2 " + count++);
            }
        };
        Thread t1 = new Thread(task1, "t1");
        Thread t2 = new Thread(task2, "t2");
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

14 行代码 t2 使用了 yield 方法,所以让出线程给 t1,即 15 行的 count++ 可能不会执行。

区别

  • sleep 方法给其他线程运行机会时不考虑线程的优先级,因此会给低线程优先级运行的机会,而 yield 方法只会给相同优先级或者更高优先级线程运行的机
  • 线程执行 sleep 方法后转入 Timed Waiting 阻塞状态,所以执行 sleep 方法的线程在 指定的时间内不会被执行,而 yield 方法只是使当前线程重新回到 Runnable 就绪状态,所以执行 yield 方法的线程 可能在进入可执行状态后马上又被执行
  • sleep 方法被打断会抛出 InterruptedException,而 yield 方法没有声明任何异常
  • sleep 方法比 yield 方法(跟操作系统相关)有更好的可移植性

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 空闲时,优先级几乎没作用
java
public class Test9 {

    public static void main(String[] args) {
        Runnable task1 = () -> {
            int count = 0;
            for (;;) {
                System.out.println("---->1 " + count++);
            }
        };
        Runnable task2 = () -> {
            int count = 0;
            for (;;) {
                System.out.println("              ---->2 " + count++);
            }
        };
        Thread t1 = new Thread(task1, "t1");
        Thread t2 = new Thread(task2, "t2");
        // MIN_PRIORITY 优先级最低
        t1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
        // MAX_PRIORITY 优先级最高
        t2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

21 行 t2 设置优先级是最高的,而 19 行 t1 优先级最低,所以 t2 的 count++ 执行次数远大于 t1 的 count++

限制 CPU 之 sleep 实现

下面代码导致 CPU 占用 100%。

java
while(true) {
    // ...
}

在没有利用 CPU 来计算时,不要让 while(true) 空转浪费 CPU,这时可以使用 yield 或 sleep 来让出 CPU 的使用权 给其他程序。

java
while(true) {
    try {
        Thread.sleep(50);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

不需要睡眠太久,睡一下,就会导致 while(true) 的线程释放,给别的线程使用,这样既能保证代码一直运行,又不会导致 CPU 逐渐到 100%。

  • 可以用 wait 或条件变量达到类似的效果
  • 不同的是,后两种都需要加锁,并且需要相应的唤醒操作,一般适用于要进行同步的场景
  • sleep 适用于无需锁同步的场景

join 方法

join 方法作用:等待该线程运行结束,即 t1.join() 代表等 t1 线程结束后再往下走。

为什么需要 join

下面的代码执行,打印 r 是什么?

java
public class Test {
    static int r = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        test1();
    }
    private static void test1() throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            sleep(1);
            r = 10;
        });
        t1.start();
        log.debug("结果为:{}", r);
    }
}

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 r = 10
  • 而主线程一开始就要打印 r 的结果,所以只能打印出 r = 0

那么如何让 r = 10 呢?

  • 用 sleep 行不行?可以,但是无法知道 t1 睡眠多少秒(虽然这里可以看出)
  • 用 join,加在 t1.start() 之后即可
java
public class Test {
    static int r = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        test1();
    }
    private static void test1() throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            sleep(1);
            r = 10;
        });
        t1.start();
        // 等待 t1 结束后再往下走
        t1.join();
        log.debug("结果为:{}", r);
    }
}

这里的 join 实际体现了 同步机制,即等待一个线程结束后,再执行下一个线程。

join 应用

下面代码 cost 大约多少秒?

java
public class Test {
    static int r1 = 0;
    static int r2 = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        test2();
    }
    private static void test2() throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            sleep(1);
            r1 = 10;
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            sleep(2);
            r2 = 20;
        });
        long start = System.currentTimeMillis();
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        long end = System.currentTimeMillis();
        log.debug("r1: {} r2: {} cost: {}", r1, r2, end - start);
    }
}

cost 为 2 秒。

分析如下:

  • 第一个 join:等待 t1 时,t2 并没有停止,而在运行
  • 第二个 join:1s 后,执行到此, t2 也运行了 1s,因此也只需再等待 1s

总结而言就是 t1 和 t2 一起启动,t1 过了 1 秒,t2 也过了 1 秒,所以 t2 再过 1 秒就结束。

image-20220507171957876

有时效的 join

java
public class Test {
    static int r1 = 0;
    static int r2 = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        test3();
    }
    public static void test3() throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            sleep(2);
            r1 = 10;
        });
        long start = System.currentTimeMillis();
        t1.start();
        // 线程执行结束会导致 join 结束
        t1.join(1500);
        long end = System.currentTimeMillis();
        log.debug("r1: {} r2: {} cost: {}", r1, r2, end - start);
    }
}

join(1500) 只会等待 1.5 秒,而 slepp 睡眠了 2 秒,所以花费的时间是 1.5 秒。

interrupt 方法

interrupt 方法:修改线程的打断标记。

打断标记:记录线程是否被打断。当一个线程没有执行 interrupt 方法,即没有被打断时,打断标记为 false,当线程被打断时,打断标记为 true。

打断正常运行的线程

interrupt 方法:打断线程,并不是直接打断线程,而是修改线程的打断标记,然后我们再根据打断标记(true 或 false)决定要不要真正打断。

打断正常运行的线程, 不会清空打断状态。

java
private static void test2() throws InterruptedException {
    Thread t2 = new Thread(()->{
        while(true) {
            Thread current = Thread.currentThread();
            boolean interrupted = current.isInterrupted();
            // 如果 t2 执行了 interrupt 方法,则为 true,然后在 if 里真正打断线程
            if(interrupted) {
                log.debug(" 打断状态: {}", interrupted);
                break;
            }
        }
    }, "t2");
    t2.start();
    sleep(0.5);
    t2.interrupt();
}

输出:

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

阻塞线程打断

注意:sleep,wait,join 都会让线程进入阻塞状态,此时打断他们的线程,则清空打断标记(打断标记为 false)。

java
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
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

两阶段终止模式

在一个线程 T1 中如何「优雅」终止线程 T2?这里的「优雅」指的是给 T2 一个料理后事的机会。

interrupt 方法只是给线程的打断标记改为 true,具体的后面操作,则手动处理,料理后事,这样有更好的拓展性。

错误思路

  • 使用线程对象的 stop() 方法停止线程

    stop 方法会真正杀死线程,如果这时线程锁住了共享资源,那么当它被杀死后就再也没有机会释放锁,其它线程将永远无法获取锁。

    这也就是 stop 被淘汰,建议使用 interrupt 方法的原因。

  • 使用 System.exit(int) 方法停止线程

    目的仅是停止一个线程,但这种做法会让整个程序都停止。

image-20220507181428385

java
public class Test13 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TwoPhaseTermination tpt = new TwoPhaseTermination();
        tpt.start();

        Thread.sleep(3500);
        log.debug("停止监控");
        tpt.stop();
    }
}
class TwoPhaseTermination {
    // 监控线程
    private Thread monitorThread;

    // 启动监控线程
    public void start() {
        monitorThread = new Thread(() -> {
            while (true) {
                Thread current = Thread.currentThread();
                // 是否被打断
                if (current.isInterrupted) {
                    log.debug("料理后事");
                    break;
                }
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                    log.debug("执行监控记录");
                } catch (InterruptedException e) {
                    // 因为 sleep 出现异常后,会清除打断标记
                    // 需要重置打断标记
                    current.interrupt();
                }
            }
        }, "monitor");
        monitorThread.start();
    }

    // 停止监控线程
    public void stop() {
        stop = true;
        monitorThread.interrupt();
    }
}

主要核心是在 while(true) 里判断打断标记是否为 true,而打断标记为 true 的原因是:

  • 正常运行期间调用了 stop 方法,直接把打断标记改为 true
  • slepp 睡眠期间调用了 stop 方法,抛出异常,在异常里把打断标记改为 true

park 线程打断

如果打断状态为 false,park 方法会阻塞线程,不会继续往下执行,如果打断状态为 true,则立马执行,哪怕下面还有 park 方法,也不会阻塞,总而言之,park 阻塞线程的条件是打断状态为 false

打断 park 线程,不会清空打断状态

java
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());

        LockSupport.park();
        log.debug("unpark...");
    }, "t1");
    t1.start();
    sleep(0.5);
    t1.interrupt();
}

输出:

java
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
21:11:53.295 [t1] c.TestInterrupt - unpark...

如果打断标记已经是 true,则 park 会失效,可以使用 Thread.interrupted() 清除打断状态(false)。

java
private static void test4() {
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        log.debug("park...");
        LockSupport.park();
        log.debug("unpark...");
        log.debug("打断状态:{}", Thread.currentThread().interrupted());

        LockSupport.park();
        log.debug("unpark...");
    });
    t1.start();
    sleep(1);
    t1.interrupt();
}

输出:

java
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
// 一直运行,卡在第 7 行

不推荐的方法

有一些不推荐使用的方法,这些方法已过时,特点:容易破坏同步代码块,造成线程死锁

方法名功能说明
stop()停止线程运行,不释放锁
suspend()挂起(暂停)线程运行,不释放锁
resume()恢复线程运行,不释放锁

其实很容易理解为什么被废弃,因为都是针对 不释放锁 而言,线程停止或者暂停,如果不释放锁,就会引起很多问题,如死锁等。

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。

java
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        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:

java
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...

上面代码 t1 设置为守护线程,当 main 线程(非守护线程)运行结束了,不管 t1 线程是否运行结束,都会终止 t1 线程。

常见守护线程

  • 垃圾回收器线程就是一种守护线程
  • Tomcat 中的 Acceptor(接受请求)和 Poller(分发请求)线程都是守护线程,所以 Tomcat 接收到 shutdown 命令后,不会等待它们处理完当前请求

五种状态

五种状态是从 操作系统 层面来描述的。

image-20220508012643450

  • 「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

可运行状态和运行状态的切换就是 线程上下文切换

六种状态

六种状态是从 Java API 层面来描述的。

image-20220508012802238

  • 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,都是因为调用了 Java API 导致 暂时 放弃线程的阻塞,后面会在状态转换一节详述
  • TERMINATED 当线程代码运行结束

代码:

java
public class TestState {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Thread t1 = new Thread("t1") {
            @Override
            public void run() {
                log.debug("running...");
            }
        };

        Thread t2 = new Thread("t2") {
            @Override
            public void run() {
                while(true) { // runnable

                }
            }
        };
        t2.start();

        Thread t3 = new Thread("t3") {
            @Override
            public void run() {
                log.debug("running...");
            }
        };
        t3.start();

        Thread t4 = new Thread("t4") {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (TestState.class) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000000); // timed_waiting
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        };
        t4.start();

        Thread t5 = new Thread("t5") {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    t2.join(); // waiting
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        t5.start();

        Thread t6 = new Thread("t6") {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (TestState.class) { // blocked,TestState 锁已经被 t4 拿到,此时阻塞等待
                    try {
                        Thread.sleep(1000000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        };
        t6.start();

        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        log.debug("t1 state {}", t1.getState());
        log.debug("t2 state {}", t2.getState());
        log.debug("t3 state {}", t3.getState());
        log.debug("t4 state {}", t4.getState());
        log.debug("t5 state {}", t5.getState());
        log.debug("t6 state {}", t6.getState());
        System.in.read();
    }
}

输出:

java
21:09:07.547 c.Teststate [t3] - running...
21:09:08.646 c.Teststate [main] - t1 state NEW
21:09:08.048 c.Teststate [main] - t2 state RUNNABLE
21:09:08.048 c.Teststate [main] - t3 state TERMINATED
21:09:08.048 c.Teststate [main] - t4 state TIMED_WAITING
21:09:08.048 c.TestState [main] - t5 state WAITING
21:09:08.048 c.Teststate [main] - t6 state BLOCKED

TestState 锁已经被 t4 拿到,所以 t6 被阻塞,等待 t4 释放锁。

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