线程学习笔记

线程学习笔记

线程上下文切换；会存储上一个执行线程的状态，比如栈帧信息，程序计数器信息等，切换会耗费计算机资源的，所以并不是线程越多，执行效率就越高，如果线程数大于CPU的核心数，切换就会越频繁

线程自己调用了sleep，yield，wait，join，park，synchronized，lock等方法，需要保存线程状态

创建线程

• 重写Thread的run()方法
• 将线程和线程要执行的东西分离，使用接口Runnable
• 用Future附加更多功能

Callable和Runnable

• Runnable，run()方法是void，所以没有任何返回结果
• Callable位于java.util.concurrent包，call()方法能返回结果
• 这两者是没有比较的，根本就是不同的东西，Runnable是线程执行的内容，Callalbe只是说明该线程最后会返回数据，而返回的数据需要用Future去获取

...
FutureTask<Integer> future = new FutureTask<Integer>(callable);
// FutureTask是实现Runnable接口的，只是又实现了Future接口
new Thread(future, "future").start();
...
future.get(); // 会返回future线程执行完毕后返回的结果，是一个阻塞方法，可以用另一个线程去获取


// 下面是一个例子说明Runnable和Callable, Future的使用
Runnable runnable = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        log.debug("Runnable执行操作，普通线程");
    }
};

new Thread(runnable, "normal_thread").start();

Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {
    public Integer call() throws Exception {
        log.debug("Callable标记操作，返回数据线程");
        sleep(2);
        return new Random().nextInt(100);
    }
};

// FutureTask implements Runnable, Future<V>
FutureTask<Integer> future = new FutureTask<Integer>(callable);
new Thread(future, "callable_thread").start();

new Thread(()->{
    try {
        log.debug("得到线程结果" + future.get());
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (ExecutionException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}, "future_thread").start();

可以理解为，Callable和Future只是增强了Runnable接口，Callable标记这个线程会有返回，而Future就是去接收这个返回

常见方法

• start()方法，启动线程
• run()方法，启动的线程执行的操作，无返回的Runnable和又返回的Callable，Future最后都执行的是Runnable的run()方法
• join()方法，等待线程运行结束，哪个线程调用join，哪个等待哪个线程结束，带参数的等待，线程还没结束，则继续后面的代码，如果线程提前结束，则join会提前结束

Thread t1 = new Thread(() -> {
    log.debug("t1 start");
    // sleep(1); // join()，等待结束
    // sleep(4); // join(2000)，等待2s，之后继续执行
    sleep(3);  // join(7000)，等待7s，但线程提前结束，join()也结束
    log.debug("t1 end");
}, "t1_thread");

Thread t2 = new Thread(() -> {
    log.debug("t2 start");

    try {
        // t1.join();  // 等待t1线程执行结束，结束之后才会继续执行后面的代码
        // t1.join(2000); // 等待t1线程2s，2s之后继续执行后面的代码，不管t1是否执行完成，都会继续后面的代码
        t1.join(7000); // 等待t1线程7s，但线程提前结束，则join()也会提前结束
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }

    log.debug("t2 end");
}, "t2_thread");
t1.start();
t2.start();

• interrupt()，标记打断状态

• static interrupted()，判断当前线程是否被打断，会清除打断标记

• isInterrupted()，判断当前线程是否被打断，不会清除打断标记

• yield()，让出线程的使用权

打断线程

调用该方法并不会打断线程，只是会标记该线程是否打断

• 打断阻塞的线程：调用sleep，wait，join的线程会进入阻塞状态，打断阻塞的线程，会清除打断标记，也就是isInterupted为false，会抛出异常(InterruptedException)
• 打断正常的线程，清除标记设置为true
• 打断park线程，LockSupport.park()会让线程进入park线程，打断标记为true时，调用LockSupport.park()不会进入park状态

Thread t1 = new Thread(() -> {
    log.debug("t1 thread is running..");
    while(true){

    }
}, "t1");

t1.start();
t1.interrupt();  // 如果线程没有启动(未调用start()方法)，打断标记为false
log.debug("t1 thread interrupt normal: " + t1.isInterrupted()); // true

Thread t2 = new Thread(() -> {
    log.debug("t2 thread is running..");
    while(true){
        sleep(3);
        log.debug("t2 running");
    }
}, "t2");

t2.start();
t2.interrupt();
log.debug("t2 thread interrupt with no sleep: " + t2.isInterrupted()); // true，t2线程启动后打断，但t2线程还没进入sleep就打断，所以返回false

Thread t3 = new Thread(() -> {
    log.debug("t3 thread is running..");
    while(true){
        sleep(3);
        log.debug("t3 running");
    }
}, "t3");

t3.start();
sleep(1);  // 保证t3线程进入sleep
t3.interrupt();
log.debug("t3 thread interrupt with real sleep: " + t3.isInterrupted()); // false，t3线程已经进入sleep，所以打断标记为false

Thread t4 = new Thread(()->{
    log.debug("t4 thread execute");
}, "t4");
t4.start();
sleep(1);
t4.interrupt();
log.debug("t4 thread has terminated: " + t4.isInterrupted()); // false

Object lock = new Object();
Thread t5 = new Thread(()->{
    synchronized (lock){
        while(true){
            sleep(1);
            log.debug("t5 execute");
        }
    }
}, "t5");
t5.start();

sleep(1);

Thread t6 = new Thread(()->{
    synchronized (lock){
        while(true){
            log.debug("t6 execute");
        }
    }
}, "t6");
t6.start();
sleep(1);  // 此时t6线程肯定已经执行到获取lock的代码，此时题t6线程状态是BLOCKED
log.debug("t6 thread " + t6.getState()); // t6 thread RUNNABLE，原因是t6线程启动后，还没执行到synchronized代码
t6.interrupt();
log.debug("t6 thread at blocked state: " + t6.isInterrupted()); // true，证明线程处于BLOCKED时执行interrupt()，打断标记会设置为true

虽然调用了interrupt()方法，t1，t2，t3线程依然会继续执行，该方法做的事仅仅是设置打断标记，设置成功与否还要分情况，并不会真正停止线程，而是要求线程自己去判断是否需要停止，这么做的理由和stop()方法一样，如果是外部线程能终止一个线程，可能导致终止的线程锁死共享资源永远不会释放，所以只是设置打断标记，然后由线程自己去监控是否终止线程，就是两阶段终止模式。

线程中的两阶段终止模式

stop()会真正的终止线程，如果此线程锁住了共享资源，则永远不会释放锁了，所以最好不要使用这个API，使用两阶段终止模式，让线程自己终止线程。

Thread t1 = new Thread(() -> {
    while (true){
        if(Thread.currentThread().isInterrupted()){// 执行阶段
            log.debug("执行收尾工作，释放资源等操作");
            break;  // 由线程自己来结束，而不是外部线程，就是避免资源锁死的情况
        }
        log.debug("模拟线程的各种操作");
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt(); // 保证打断标记设置成功
            e.printStackTrace();
        }
    }
}, "t1");

t1.start();
sleep(3);
t1.interrupt();  // 准备阶段，标记线程被打断，但不是真正终止线程

线程状态

• 操作系统的概念：初始，可运行，运行，阻塞，终止，操作系统将线程分为这5个状态
• java中的状态：NEW，RUNNABLE，BLOCKED，WAITING，TIMED_WAITING，TERMINATED，java中定义了6中状态(java.lang.Thread.State)
  • NEW，创建了线程，但未启动
  • RUNNABLE，其他状态以外的状态，比如等待IO，在操作系统看属于阻塞，在java看属于RUNNABLE状态
  • BLOCKED，等待锁的状态
  • WAITING，等待其他线程，比如join，park，wait
  • TIMED_WAITING，等待其他线程，只是有时间限制，比如sleep，join(1000)，wait(1000)
  • TERMINATED，线程结束
    经过测试，线程处于RUNNABLE和BLOCKED状态的时候，执行interrupt()方法会将设置打断标记为true，其他时候不会设置。参考https://blog.csdn.net/crazyzxljing0621/article/details/56666418，当线程IO阻塞时，执行interrupt()方法会将设置打断标记为true，可以理解为IO阻塞对java而言线程依然是RUNNABLE状态，简单理解就是，只要线程处于RUNNABLE和BLOCKED状态，调用interrupt()方法，就是设置打断标记为true，我的理解，线程的RUNNABLE和BLOCKED这两个状态是线程活动状态的时候，能进入CPU时间片执行，像WAITING，TIMED_WAITING因为要等其他线程，NEW和TERMINATED线程没有在执行，所以只有RUNNABLE和BLOCKED可以成功标记打断状态isInterrupt()返回true

守护线程

没有其他线程运行的时候，守护线程就会结束。

public static void main(String[] args) {
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        for (; ; ) {
            log.debug("t1 daemon thread execute");
            sleep(1);
        }
    }, "t1");
    t1.setDaemon(true);
    t1.start();

    Thread t2 = new Thread(()->{
        sleep(1);
        log.debug("t2 thread finish");
    }, "t2");
    t2.start();
}

虽然t1线程是死循环，但它是一个守护线程，当t2线程结束的时候，t1也会结束。

synchronized使用对象锁保证临界区内代码的原子性

能锁住对象，只能是对象，也就是在堆中有空间。synchronized修饰方法时，锁住的是this对象。

面向对象的改进

线程安全的类。共享资源的对象化。

@Slf4j
public class ThreadSafeTest {
    private static int lockCount = 0;

    public static void main(String[] args) {
        useLockCount();
        useLockObject();
    }

    private static void useLockCount() {
        Thread incr = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                synchronized (ThreadSafeTest.class) {
                    lockCount++;
                }
            }
        }, "incr");

        Thread decr = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                synchronized (ThreadSafeTest.class) {
                    lockCount--;
                }
            }
        }, "decr");

        decr.start();
        incr.start();

        try {
            incr.join();
            decr.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        log.debug("lockCount is: " + lockCount); // 一定为0，使用锁保证资源的安全
    }


    // 两个线程同时访问lockCount，需要保证安全，可以将lockCount用对象的形式实现
    private static void useLockObject() {
        Room room = new Room();
        Thread incr = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 100000; i++) {
                room.incr();
            }
        }, "incr");

        Thread decr = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 100000; i++) {
                room.desc();
            }
        }, "decr");

        decr.start();
        incr.start();

        try {
            incr.join();
            decr.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        log.debug("useLockObject is: " + room.getCount()); // 一定为0，使用锁保证资源的安全
    }

    // 加锁的行为对象化
    // lockCount的对象化
    public static class Room {
        private static int count = 0;

        public synchronized void incr() {
            count++;
        }

        public synchronized void desc() {
            count--;
        }

        public synchronized int getCount() {
            return count;
        }
    }
}

线程安全的类就是这么提出来的，像String, StringBuffer, Vector, Hashtable就是线程安全的类。