并发编程第三章--线程创建、原理、常用线程方法

并发编程

3.Java线程

本章内容

创建和运行线程
查看线程
线程API
线程状态

3.1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() {
  public void run() {
      // 要执行的任务
     }
};
// 启动线程
t.start();

例如：

// 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：

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

方法二：使用Runnable配合Thread

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）

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();

例如：

// 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：

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

Java 8 以后可以使用 lambda 精简代码,lambda表达式实际上就是创建了一个对线，即使用lambda可以实现对对象的创建进行简化

// 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**
分析 Thread 的源码，理清它与 Runnable 的关系

小结

方法1 是把线程和任务合并在了一起，方法2 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

FutureTask 能够接收 Callable 类型的参数，用来处理有返回结果的情况
在这里插入图片描述
注意：Java接口可以支持继承多个接口，可以具体看下Java中接口的多继承和类的单继承，基础部分知识也需要打牢

// 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);

输出:

19:22:27 [t3] c.ThreadStarter - hello
19:22:27 [main] c.ThreadStarter - 结果是:100

3.2观察多个线程同时运行

主要是理解

交替执行
谁先谁后，不由我们控制

3.3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

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

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
-- 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
修改 /etc/hosts 文件将 127.0.0.1 映射至主机名

如果要认证访问，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）
这部分知识需要学习jvm时继续补充：
JConsole可视化工具介绍
 JVM性能调优监控工具jps、jmap、jstack、jstat使用详解

3.4原理之线程运行

栈与栈帧
Java Virtual Machine Stacks （Java 虚拟机栈）
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。

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，即每调用一次方法，则产生一个栈帧
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

栈帧图解，p11章节需要重点看下

线程运行原理，多线程：
多个线程之间的栈内存是互相独立的，互不干扰
IntelliJ IDEA - Debug 调试多线程程序
多线程调测方法，可以学下，很有用
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 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

3.5常见方法

在这里插入图片描述

3.6start方法详解

调用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 ...");
}

输出：

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();
输出:

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

3.7yield与sleep

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

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(但是cpu可能还是会选择到此线程继续执行)
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();

3.8join方法详解

为什么需要join

下面的代码执行，打印 r 是什么？

    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");
    }

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

解决方法

用 sleep 行不行？也可以，但是不太好；为什么？需要主线程等待到t1线程结束才可以
用 join，加在 t1.start() 之后即可

应用之同步
以调用方角度来讲，如果

需要等待结果返回，才能继续运行就是同步
不需要等待结果返回，就能继续运行就是异步

有时效的join

等够时间

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);
}

输出:

20:48:01.320 [main] c.TestJoin - r1: 10 r2: 0 cost: 1010
没等够时间

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);
}

输出：

20:52:15.623 [main] c.TestJoin - r1: 0 r2: 0 cost: 1502

3.9interrupt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());
}

输出:

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

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();
}

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

3.9.1终止模式之两阶段终止模式

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。
1. 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

2. 两阶段终止模式

在1阶段如果有异常，属于正常运行过程中被打断，打断标记为true,判断有没有被打断，结果为是，会走向料理后事的步骤；
在睡眠过程中有异常，2阶段，属于阻塞阶段线程被打断，线程抛出异常后，会走异常逻辑，并且打断标记被会被重新置为false,如果需要保证被打断后，标记仍为true，需要手动进行重置。
2.1 利用 isInterrupted
interrupt 可以打断正在执行的线程，无论这个线程是在 sleep，wait，还是正常运行

class TPTInterrupt {
    private Thread thread;

    public void start() {
        thread = new Thread(() -> {
            while (true) {
                Thread current = Thread.currentThread();
                if (current.isInterrupted()) {
                    log.debug("料理后事");
                    break;
                }
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                    log.debug("将结果保存");
                } catch (InterruptedException e) {
                    current.interrupt();
                }
                // 执行监控操作                           
            }
        }, "监控线程");
        thread.start();
    }

    public void stop() {
        thread.interrupt();
    }
}

调用

    TPTInterrupt t = new TPTInterrupt(); 
    t.start();
    Thread.sleep(3500);
    log.debug("stop"); 
    t.stop();

结果

11:49:42.915 c.TwoPhaseTermination [监控线程] - 将结果保存 
11:49:43.919 c.TwoPhaseTermination [监控线程] - 将结果保存 
11:49:44.919 c.TwoPhaseTermination [监控线程] - 将结果保存 
11:49:45.413 c.TestTwoPhaseTermination [main] - stop 
11:49:45.413 c.TwoPhaseTermination [监控线程] - 料理后事

2.2 利用停止标记

// 停止标记用 volatile 是为了保证该变量在多个线程之间的可见性
// 我们的例子中，即主线程把它修改为 true 对 t1 线程可见
class TPTVolatile {
    private Thread thread;
    private volatile boolean stop = false;

    public void start() {
        thread = new Thread(() -> {
            while (true) {
                Thread current = Thread.currentThread();
                if (stop) {
                    log.debug("料理后事");
                    break;
                }
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                    log.debug("将结果保存");
                } catch (InterruptedException e) {
                }                // 执行监控操作            
            }
        }, "监控线程");
        thread.start();
    }

    public void stop() {
        stop = true;
        thread.interrupt();
    }
}

调用：

TPTVolatile t = new TPTVolatile();
t.start();
Thread.sleep(3500); 
log.debug("stop"); t.stop();

结果：

11:54:52.003 c.TPTVolatile [监控线程] - 将结果保存 11:54:53.006 
c.TPTVolatile [监控线程] - 将结果保存 11:54:54.007 
c.TPTVolatile [监控线程] - 将结果保存 11:54:54.502
 c.TestTwoPhaseTermination [main] - stop 
11:54:54.502 c.TPTVolatile [监控线程] - 料理后事

4.0 interruot打断park线程

interrupt方法可以打断调用park后的线程，使得程序继续向下执行

需要注意的是，park方法后调用interrupt,会将打断标记设置为true,后续再调用park方法，将不再生效(如果想park方法继续生效，需要调用interrupted将打断标记重置为false,)，不能阻止程序继续向下执行。

4.1不再推荐使用的方法

4.2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...");

输出：

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...

注意：

垃圾回收器线程就是一种守护线程
Tomcat 中的 Acceptor(接收请求) 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
我们熟知的main线程默认情况下并不是守护线程，并不会等待子线程的结束。

posted @ 2020-09-19 03:09 皮卡丘和羊宝贝😄 阅读(192) 评论(0) 编辑收藏举报

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有时效的join

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