🔥史上最全的Java并发系列之Java多线程(一)

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种一棵树最好的时间是十年前,其次是现在

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絮叨

今天我们讲并发编程的基础,也就是多线程的基础,没有多线程的话,就没有并发对吧,下面是前面的章节链接:

线程的简介

  • 什么是线程

    线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流,一个进程中可以并发多个线程,每条线程并行执行不同的任务。

  • 为什么要使用多线程

    目前的处理器核心越来越多,使用多线程能有更快的响应时间,并能有更好的编程模型。

  • 线程优先级

    现代操作系统基本采用时分的形式调度运行的线程,操作系统分出每一个时间片会根据线程的优先级来分配,优先级越高的最先获取执行资源。

在Java线程中,通过一个整型成员变量priority来控制优先级,优先级的范围从1~10,在线程构建的时候可以通过setPriority(int)方法来修改优先级,默认优先级是5,优先级高的线程分配时间片的数量要多于优先级低的线程。

线程的状态

  • NEW 初始状态
  • RUNNABLE 运行状态
  • BLOCKED 阻塞状态
  • WAITING 等待状态
  • TIME_WAITING 超时等待状态
  • TERMINATED 终止状态

Thead类源码解读

Java所有多线程的实现,均通过封装Thread类实现,所以深入Thread类,对深入理解java多线程很有必要

继承关系

主要属性

/*
 * 线程名字,通过构造参数来指定  
 */
private volatile String name;

/*
 * 表示线程的优先级,优先级越高,越优先被执行(最大值为10,最小值为1,默认值为5)
 */
private int  priority;

/*
 * 线程是否是守护线程:当所有非守护进程结束或死亡后,程序将停止
 */   
private boolean  daemon = false;

/*
 * 将要执行的任务
 */  
private Runnable target;

/*
 * 线程组表示一个线程的集合。此外,线程组也可以包含其他线程组。线程组构成一棵树,在树中,除了初始线程组外,每个线程组都有一个父线程组。
 */ 
private ThreadGroup group;

/*
 * Thread ID
 */ 
private long tid;

/*
 * 用来生成Thread ID使用
 */ 
private static long threadSeqNumber;

/*
 * 第几个线程,在init初始化线程的时候用来赋给thread.name
 */ 
private static int threadInitNumber


/*
 * 线程从创建到最终的消亡,要经历若干个状态。 
 * 一般来说,线程包括以下这几个状态:创建(new)、就绪(runnable)、运行(running)、阻塞(blocked)、time waiting、waiting、消亡(dead)
 */
private volatile int threadStatus = 0;
复制代码

构造函数

//传入Runnable接口实现
Thread(Runnable target)
//传入Runnable接口实现,传入线程名
Thread(Runnable target, String name) 
//设置当前线程用户组
Thread(ThreadGroup group, Runnable target)
//设置用户组,传入线程名
Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name)
//设置用户组,传入线程名,设置当前线程栈大小
Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name, long stackSize) 
复制代码

这边提一下创建线程的几种方式,大体来说有4种吧,我这边代码就不上了,不然就写的太长了

  • 第一种,便是继续Thread类 ,重写run方法,其实这个run方法也是重写Runnable的,
  • 第二种,便是去实现Runnable,也是一样
  • 第三种是 通过FutureTask 来创建一个线程,这个的原理是啥呢?其实一样这个类的父类继承Runnable,这个比较特殊的一点是线程执行完毕之后,可以有返回值返回。
  • 第四个就是通过线程池来创建一个线程(生产环境都这么用)

线程默认名称生产规则:

// 当前缺省线程名:"Thread-" + nextThreadNum()
public Thread(Runnable target) {
        init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
    }
---
// nextThreadNum 同步方法,线程安全,不会出现重复的threadInitNumber
private static int threadInitNumber;
private static synchronized int nextThreadNum() {
    return threadInitNumber++;
}

复制代码

线程私有化实现,好好讲讲这个初始化方法

/**
     * Initializes a Thread.
     *
     * @param g the Thread group
     * @param target the object whose run() method gets called
     * @param name the name of the new Thread
     * @param stackSize the desired stack size for the new thread, or
     *        zero to indicate that this parameter is to be ignored.
     * @param acc the AccessControlContext to inherit, or
     *            AccessController.getContext() if null
     */
    private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
                      long stackSize, AccessControlContext acc) {
		//线程必须设置名称,否则抛出空指针异常
        if (name == null) {
            throw new NullPointerException("name cannot be null");
        }
 
        this.name = name.toCharArray();
 
		//父线程
        Thread parent = currentThread();
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        //如果线程组为null
        if (g == null) {
            /* Determine if it's an applet or not */
            //如果有安全管理器,从安全管理器获得线程组
            /* If there is a security manager, ask the security manager
               what to do. */
            if (security != null) {
                g = security.getThreadGroup();
            }
            //如果安全管理器也不知道线程组,那么从父线程获取线程组,也就是线程必须归属于某个线程组
            /* If the security doesn't have a strong opinion of the matter
               use the parent thread group. */
            if (g == null) {
                g = parent.getThreadGroup();
            }
        }
 
        /* checkAccess regardless of whether or not threadgroup is
           explicitly passed in. */
        g.checkAccess();
 
        /*
         * Do we have the required permissions?
         //校验是否有安全校验权利,如果重写了getContextClassLoader和setContextClassLoader
         */
        if (security != null) {
            if (isCCLOverridden(getClass())) {
                security.checkPermission(SUBCLASS_IMPLEMENTATION_PERMISSION);
            }
        }
        //线程组添加未启动线程
        g.addUnstarted();
 
        this.group = g;
	  /* 设置当前线程是否为守护线程,默认是和当前类的ThreadGroup设置相
        * 同。如果是守护线程的话,当前线程结束会随着主线程的退出而退出。
        *jvm退出的标识是,当前系统没有活跃的非守护线程。
        */
        this.daemon = parent.isDaemon();
        this.priority = parent.getPriority();
        if (security == null || isCCLOverridden(parent.getClass()))
            this.contextClassLoader = parent.getContextClassLoader();
        else
            this.contextClassLoader = parent.contextClassLoader;
        this.inheritedAccessControlContext =
                acc != null ? acc : AccessController.getContext();
        this.target = target;
        setPriority(priority);
        if (parent.inheritableThreadLocals != null)
            this.inheritableThreadLocals =
                ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);
        /*设置指定的栈大小,如果未指定大小,将在jvm 初始化参数中声明:Xss参数进行指定*/
        this.stackSize = stackSize;
        
        /* Set thread ID */
        tid = nextThreadID();
    }
复制代码

start方法

从源码中得出:一个线程一旦已经被start了就不能再次执行start方法。被start过的线程,线程状态已经不是0了

/*  导致此线程开始执行; Java Virtual Machine调用此线程的run方法。
    结果是两个线程同时运行:当前线程(从调用返回到start方法)和另一个线程(执行其run方法)。
    不止一次启动线程永远不合法。
    特别是,一旦完成执行,线程可能无法重新启动。
    @exception IllegalThreadStateException如果线程已经启动。
    @see #run()
    @see #stop()*/

 public synchronized void start() {
        /**
         * This method is not invoked for the main method thread or "system"
         * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
         * to this method in the future may have to also be added to the VM.
         *
         * A zero status value corresponds to state "NEW".
         */
        //此判断当前线程只能被启动一次,不能被重复启动
        if (threadStatus != 0)
            throw new IllegalThreadStateException();

        /* Notify the group that this thread is about to be started
         * so that it can be added to the group's list of threads
         * and the group's unstarted count can be decremented. */
        /*通知组该线程即将启动
          *这样它就可以添加到组的线程列表中
         *并且该组的未启动计数可以递减。*/
        group.add(this);

        boolean started = false;
        try {
            start0();
            started = true;
        } finally {
            try {
                // 如果线程启动失败,从线程组里面移除该线程
                if (!started) {
                    group.threadStartFailed(this);
                }
            } catch (Throwable ignore) {
                /* do nothing. If start0 threw a Throwable then
                  it will be passed up the call stack */
            }
        }
    }
复制代码

其实,这个源码也简单,就是启动线程 然后让那个组里面待启动的线程减1,如果失败,就把他加入到失败的数组里面。

join() 方法源码分析:

让父线程等待子线程结束之后才能继续运行。

/**
     * Waits at most {@code millis} milliseconds for this thread to
     * die. A timeout of {@code 0} means to wait forever.
     *
     * <p> This implementation uses a loop of {@code this.wait} calls
     * conditioned on {@code this.isAlive}. As a thread terminates the
     * {@code this.notifyAll} method is invoked. It is recommended that
     * applications not use {@code wait}, {@code notify}, or
     * {@code notifyAll} on {@code Thread} instances.
     *
     * @param  millis
     *         the time to wait in milliseconds
     *
     * @throws  IllegalArgumentException
     *          if the value of {@code millis} is negative
     *
     * @throws  InterruptedException
     *          if any thread has interrupted the current thread. The
     *          <i>interrupted status</i> of the current thread is
     *          cleared when this exception is thrown.
     */
    public final synchronized void join(long millis) throws InterruptedException {
        long base = System.currentTimeMillis();
        long now = 0;

        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
        }

        if (millis == 0) {
        // 如果millis == 0 线程将一直等待下去
            while (isAlive()) {
                wait(0);
            }
        } else {
            // 指定了millis ,等待指定时间以后,会break当前线程
            while (isAlive()) {
                long delay = millis - now;
                if (delay <= 0) {
                    break;
                }
                wait(delay);
                now = System.currentTimeMillis() - base;
            }
        }
    }
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其实这个也简单,随便说说,首先Join方法呢?有几个重载的方法,如果你不传参数,那么就表示你的超时时间是永不过期,只要调用join方法的线程不执行完成,当前线程就会一直等待,其底层实现还是Java object 的wait方法

注意点:

  • join方法是通过wait方法实现的,所以会释放对象锁。

  • 调用方线程状态为WAITING。

  • join需要在start之后调用

interrupt方法

线程中断在之前的版本有stop方法,但是被设置过时了。现在已经没有强制线程终止的方法了!

由于stop方法可以让一个线程A终止掉另一个线程B

  • 被终止的线程B会立即释放锁,这可能会让对象处于不一致的状态。
  • 线程A也不知道线程B什么时候能够被终止掉,万一线程B还处理运行计算阶段,线程A调用stop方法将线程B终止,那就很无辜了~

总而言之,Stop方法太暴力了,不安全,所以被设置过时了。

我们一般使用的是interrupt来请求终止线程~

  • 要注意的是:interrupt不会真正停止一个线程,它仅仅是给这个线程发了一个信号告诉它,它应该要结束了(明白这一点非常重要!)
  • 也就是说:Java设计者实际上是想线程自己来终止,通过上面的信号,就可以判断处理什么业务了。
  • 具体到底中断还是继续运行,应该由被通知的线程自己处理
Thread t1 = new Thread( new Runnable(){
    public void run(){
        // 若未发生中断,就正常执行任务
        while(!Thread.currentThread.isInterrupted()){
            // 正常任务代码……
        }
        // 中断的处理代码……
        doSomething();
    }
} ).start();
复制代码

再次说明:调用interrupt()并不是要真正终止掉当前线程,仅仅是设置了一个中断标志。这个中断标志可以给我们用来判断什么时候该干什么活!什么时候中断由我们自己来决定,这样就可以安全地终止线程了!

//除非中断自己,checkAccess都将被调用
    /**
     * Interrupts this thread.
     *
     * <p> Unless the current thread is interrupting itself, which is
     * always permitted, the {@link #checkAccess() checkAccess} method
     * of this thread is invoked, which may cause a {@link
     * SecurityException} to be thrown.
     *
	 //如果一个线程阻塞在wat方法,或者线程的join方法,再或者sleep方法上,
	 //线程的中断状态被清空设置为false,并且被interrupt的线程将收到一个中断异常。
     * <p> If this thread is blocked in an invocation of the {@link
     * Object#wait() wait()}, {@link Object#wait(long) wait(long)}, or {@link
     * Object#wait(long, int) wait(long, int)} methods of the {@link Object}
     * class, or of the {@link #join()}, {@link #join(long)}, {@link
     * #join(long, int)}, {@link #sleep(long)}, or {@link #sleep(long, int)},
     * methods of this class, then its interrupt status will be cleared and it
     * will receive an {@link InterruptedException}.
     *
	 //如果线程阻塞在IO操作,channel将被关闭,并且线程的中断状态会被设置为true,
	 //并且被interrupt的线程将收到一个ClosedByInterruptException异常。
     * <p> If this thread is blocked in an I/O operation upon an {@link
     * java.nio.channels.InterruptibleChannel InterruptibleChannel}
     * then the channel will be closed, the thread's interrupt
     * status will be set, and the thread will receive a {@link
     * java.nio.channels.ClosedByInterruptException}.
     *
	 //如果线程阻塞在selector方法,中断线程的中断状态将设置为true,并且从select操作立即返回,
	 //只有selector的wakeup方法被调用可能返回一个非0值。
     * <p> If this thread is blocked in a {@link java.nio.channels.Selector}
     * then the thread's interrupt status will be set and it will return
     * immediately from the selection operation, possibly with a non-zero
     * value, just as if the selector's {@link
     * java.nio.channels.Selector#wakeup wakeup} method were invoked.
     *//如果不是上面说的几种情况,线程的中断状态将被设置。
     * <p> If none of the previous conditions hold then this thread's interrupt
     * status will be set. </p>
     *
     * <p> Interrupting a thread that is not alive need not have any effect.
     *
     * @throws  SecurityException
     *          if the current thread cannot modify this thread
     *
     * @revised 6.0
     * @spec JSR-51
     */
    public void interrupt() {
        if (this != Thread.currentThread())
            checkAccess();
        synchronized (blockerLock) {
            Interruptible b = blocker;
            if (b != null) {
                interrupt0();           // Just to set the interrupt flag
                b.interrupt(this);
                return;
            }
        }
        interrupt0();
    }
复制代码

interrupt线程中断还有另外两个方法(检查该线程是否被中断):

  • 静态方法interrupted()-->会清除中断标志位
  • 实例方法isInterrupted()-->不会清除中断标志位

sleep方法(long millis)

public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;

复制代码

注意点:

  • sleep是指线程被调用时,占着CPU不工作,形象地说明为“占着CPU睡觉”,此时,系统的CPU部分资源被占用,其他线程无法进入。

  • sleep方法不会释放锁。

yield()方法

public static native void yield();
复制代码

注意点:

  • 调用yield方法会让当前线程交出CPU权限,让拥有相同优先级的线程有获取CPU执行时间的机会
  • 调用yield方法并不会让线程进入BLOCKED状态,而是让线程重回RUNNABLE状态, 但不能保证迅速转换。(自己也可以再次竞争的)
  • 不会释放锁

结尾

第四章的第一小节讲完了,讲的是Thread,不是很深,跟着学还是可以的,好了,今天就到这里了

因为博主也是一个开发萌新 我也是一边学一边写 我有个目标就是一周 二到三篇 希望能坚持个一年吧 希望各位大佬多提意见,让我多学习,一起进步。

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