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# 线程

# 创建和运行线程

1. 直接使用 Theread1. 直接使用 Theread

// 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();

2. 使用 Runnable 配合 Thread

Runnable 里放任务
Thread 继承 Runnable

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();

Thread 和 Runnable 的关系
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

3.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);

# 多个线程同时运行

交替执行
谁先谁后，由底层控制

# 查看进程线程的方法

Windows
任务管理器
cmd
tasklist 查看进程
taskkill 杀死进程
tasklist | findstr java 找到 java

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）

# 线程运行原理

# 栈与栈帧

Java Virtual Machine Stacks （Java 虚拟机栈）
JVM 由堆、栈、方法区所组成
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

栈帧里有：局部变量表，返回地址，锁记录，操作数栈

不同的线程调用的是不同的独立栈帧

# 线程上下文切换（Thread Context Switch）

类似于操作系统的调度

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

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 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
isInterrupted()判断是否被中断不会清除 中断标记
isAlive()线程是否存活（还没有运行完毕）
interrupt()中断线程如果被中断线程正在 sleep，wait，join 会导致被中断的线程抛出 InterruptedException，并清除中断标记；如果中断的正在运行的线程，则会设置 中断标记；park 的线程被中断，也会设置中断标记
interrupted()static判断当前线程是否被中断会清除中断标记
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

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 ...");
}

console

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，只是 main 线程调用了 run 方法

调用 start

将上述代码的 t1.run () 改为 t1.start ()

console

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

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

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

sleep 会抛出异常，要 try catch

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

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();

# 案例

防止 CPU 占用 100%

sleep

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

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

wait

synchronized(锁对象) {
while(条件不满足) {
try {
锁对象.wait();
} catch(InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// do sth...
}

条件变量实现

lock.lock();
try {
while(条件不满足) {
try {
条件变量.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// do sth...
} finally {
lock.unlock();
}

# Join

join 类似于操作系统中的 wait ()，等待某个线程执行完毕。

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");
}

有时效的 Join

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(1);
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);
}

# 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());
}

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();
}

两阶段终止模式（Two Phase Termination）

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。

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
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

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();
}

如果打断标记已经是 true，则 park 会失效。

不推荐的方法

方法名static说明
stop()停止线程运行
suspend()挂起（暂停）线程运行
resume()恢复线程运行

# 主线程和守护线程

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...");

垃圾回收器线程就是一种守护线程
Tomcat 中的 Acceptor 和 Poller 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

# 线程的五种状态

从操作系统层面来描述

【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

# 线程的六种状态

从 JAVA api 层面来描述
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，后面会在状态转换一节
详述
TERMINATED 当线程代码运行结束

# 小结

线程创建

线程重要 api，如 start，run，sleep，join，interrupt 等

线程状态

应用方面
异步调用：主线程执行期间，其它线程异步执行耗时操作
提高效率：并行计算，缩短运算时间
同步等待：join
统筹规划：合理使用线程，得到最优效果

原理方面
线程运行流程：栈、栈帧、上下文切换、程序计数器
Thread 两种创建方式 的源码

模式方面
终止模式之两阶段终止

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