深入理解Java高并发编程（2） - 线程基础

1. 线程创建 & callable

线程创建的方法：

• 直接通过Thread类创建线程。

  • 通过实例Thread类（匿名内部类），重写thread的run方法（因为本身的run方法是没有功能上的实现的，相当于是构造了匿名内部类），创建线程。再通过start方法启动线程。

• 通过runnable接口创建线程。

  • runnable接口是一个函数式接口，只有一个run方法，通过Thread t = new Thread(runnable)将runnable对象（lambda表达式或者匿名内部类）传给thread构造方法，本质上是thread对象会检查自己有没有runnable类型的属性（构造方法接受runnable对象，会把这个对象传给thread的target属性），而对于thread的run方法中，如果target不为空，就会调用target上的run方法，也就是传过来的lambda表达式的方法。
    
  • 这种方法通过把线程和任务分开，更加灵活。

• FutureTask通过实现Runnabletask间接实现了runnable接口处理不带返回值的任务（runnable），除此之外，FutureTask还继承了Future接口间接实现了Callable接口，用于接受任务返回结果。FutureTask通过接收一个Callable类型（runnable的增强）的lambda表达式， 处理带返回值的任务

  FutureTask<Integer> task = new FutureTask(() -> return 1);
  Thread t = new thread(task);

Runnable vs Callable

• callable 是带返回值的任务，而runnable不带返回值
• runnable只能抛出非受检异常（runtimeException），而callable会抛出任意异常（后面线程池中有例子）
• runnable可以直接传给thread执行，callable必须先包装成FutureTask再交给Thread或者直接通过线程池执行。
• 当调用callable包装的futureTask的get方法时，需要等待方法的结果，会阻塞线程

2.线程运行原理

2.1 私有栈内存

jvm运行区内存中的栈是每个线程私有的，当每调用一个方法，都会有一个栈帧，栈顶的栈帧叫做活动栈帧，栈帧中会记录 局部变量表，

操作数栈，动态连接，返回地址，其中返回地址是记录上一个栈帧的地址，当活动栈帧的方法被执行完了就会返回到上一个栈帧的地址。

当所有的线程（非守护线程）执行结束时，程序也就执行结束了。

2.2 线程上下文切换

线程上下文切换指的是当前线程状态被保存，恢复被分配时间片的内存的状态的过程，线程上下文切换存在一定消耗。

以下情况会导致线程上下文切换

• cpu时间片用完
• gc
• 更高优先级线程需要运行
• 线程调用了sleep，yield，wait，join，park，synchronize，lock等方法

3. 线程方法

3.1 为什么不能用run方法代替 start方法

run方法声明了线程具体要执行的方法，start是当前线程启动另一个线程，如果直接在当前线程中调用run方法，效果就是当前线程执行了run方法，而不是start的新创建线程执行run方法，不能实现异步的效果。

3.2 interrupt 方法

interrupt方法可以打断阻塞状态/运行状态的线程，如调用了 sleep，wait，join的方法

• 打断阻塞状态的线程会抛出一个IntegerruptedException，同时会有一个打断标记，如果打断 sleep，join，wait的线程，会把打断标记设置为false，通过异常的方式表示被打断了
• 打断正常运行的线程不会立即让运行的线程停止，而是线程中通过判断打断标记来决定是不是要停下来

获取打断标记：

• isInterrupted()：非静态方法，判断是否被打断，不会清除打断标记
• Interrupted()：静态方法，同样是判断是否被打断，但是会将打断标记重新设置为false

interrupt打断park线程：

当打断标记为true时，再执行park方法就不能让线程停下来了。

4. 守护线程

默认来说，Java进程需要等待所有线程都运行完毕再结束，守护线程是一种特殊线程，这种线程是特点是即使守护线程线程没运行完，非守护线程运行完了进程也会结束。

通过setDaemon()方法设置守护线程。

垃圾回收线程就是一种常见的守护线程。

5. 线程状态

5.1 操作系统层面的五种状态

• 初始状态
  • 仅在语言层面创建了线程对象，还未与操作系统系统关联
• 可运行状态
  • 线程被创建，且可以由cpu分配时间片调度执行
• 运行状态
  • 获取cpu时间片运行中的线程，当时间片消耗尽会变为可运行状态，这时候会发生上下文的切换。
• 阻塞状态
  • 调用阻塞API，如读写文件，这些线程实际是不会用到cpu的，也会发生上下文切换。
• 终止状态
  • 线程已经执行完毕，生命周期结束，不会再进入其他状态。
    

5.2 Java语言层面上的6种状态

• New
  • 线程对象刚刚被创建，还没有执行start方法
• Runnable
  • 包括操作系统层面的运行，可运行，阻塞状态，也就是获取时间片，没获取时间片，读写IO造成的阻塞的情况（阻塞）
• wait（Java中的阻塞，调度器不会分配时间片）
  • 没传时间参数的join，park出现的状态
• TimedWaiting（Java中的阻塞，调度器不会分配时间片）
  • 一般是调用了传时间参数的sleep join 等方法时候出现的状态,park方法是没有时间参数的,parkNanos（long nanos）/parkUntil(long millis)能实现带超时的park，让线程进入TimedWaiting状态
• block（Java中的阻塞，调度器不会分配时间片）
  • 竞争锁的时候就会出现block状态
• terminated