Java 多线程

半身风雪 2022-09-08 我要评论

一、Java 中的线程

一个Java 程序从main() 方法开始执行，然后按照既定的代码逻辑执行，看似没有其他线程参与，但实际上Java

程序天生就是多线程程序，因为执行main() 方法的是一个名称为main 的线程。

public static void main(String[] args) {

// java 虚拟机线程系统的管理接口
ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
// 不需要获取同步的monitor 和synchronizer 信息，仅仅获取线程和线程堆栈信息
ThreadInfo[] threadInfos = threadMXBean.dumpAllThreads(false, false);
// 遍历线程，仅打印线程ID 和线程名称信息
for (ThreadInfo threadInfo : threadInfos) {
System.out.println("线程ID" + threadInfo.getThreadId() + "线程名" + threadInfo.getThreadName());
}
}

上面代码输出的结果：

$\textcolor{red}{Monitor Ctrl-Break}$ 监控 Ctrl-Break 中断信号的
$\textcolor{red}{Signal Dispatcher}$ 分发处理发送给 JVM 信号的线程
$\textcolor{red}{ Finalizer }$ 调用对象 finalize 方法的线程
$\textcolor{red}{Reference Handler}$ 清除 Reference 的线程
$\textcolor{red}{ main }$ main 线程，用户程序入口

从上面的例子中，我们能发现，在Java中短短的几行代码，就给我们启动了5个线程，当然，不同的版本，启动的线程数量也不一样，由此我们可以得出：**Java

天生就是多线程的**

1、启动

线程的启动方式有两种（源码中的注释是这么写的）参见代码：cn.enjoyedu.ch1.base.NewThread：

X extends Thread;，然后 X.start
X implements Runnable；然后交给 Thread 运行

示例代码：（派生自Thread 类，来实现我们的两种线程启动方式）

/**
* 扩展自Thread 类
*/
private static class UserThread extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println("UserThread.run");
}
}
/**
* 扩展自 Runnable 类
*/
private static class UserRunnable implements Runnable {

@Override
public void run() {
System.out.println("UserRunnable.run");
}
}
public static void main(String[] args) {
UserThread userThread = new UserThread();
userThread.start();
UserRunnable userRunnable = new UserRunnable();
new Thread(userRunnable).start();
}

Thread 和 Runnable 的区别：

Thread 是Java 里对线程的唯一抽象。
Runnable是Java对任务（业务逻辑）的抽象。
Thread可以接受任意一个Runnable的实例并执行。

2、中止

线程自然终止：要么是run 执行完成了，要么是抛出了一个未处理的异常导致线程提前结束。
stop：暂停、恢复和停止操作对应在线程Thread的API就是suspend()、resume() 和 stop()。但是这些API都是过期的，不再建议使用。不建议使用的主要原因有：以suspend()方法为例，在调用后，线程不会释放已占有的资源（比如锁），而是占有资源进入睡眠状态，这样容易引发死锁问题。同样，stop() 方法在终结一个线程时，不会保证线程的资源正常释放，通常是没有给予线程完成资源释放的机会，因此会到导致程序可能工作在不确定的状态下。整因为suspend()、resume() 和 stop()方法带来的副作用，这些方法才会被标注为不建议使用的过期方法中。
中断：安全的中止则是其它线程通过调用线程A的interrupt()方法对其进行中止操作，中断代表着其它线程对A线程打了个招呼，“A，你要中断了”，不代表线程A 会立即停止自己的工作，同样A线程可以不理会这种请求。因为Java 中的线程是协作式的，不是抢占式。线程通过检查自身的中断标志位是否被置为true来进行响应。

private static class UserThread extends Thread{
public UserThread(String name){
super(name);
}
@Override
public void run() {
String threadName = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(threadName + "interrupt flag = " + isInterrupted());
while (!isInterrupted()){
// while (!Thread.interrupted()){
// while (true){
System.out.println(threadName+ "is running");
System.out.println(threadName+ "inner interrupt flag = "+ isInterrupted());
}
System.out.println(threadName+ "interrupt flag = " + isInterrupted());
}
}
public static void main(String[] args) {
Thread endTread = new UserThread("endTread");
endTread.start();
try {
Thread.sleep(20);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 中断线程， 其实设置线程的标识位
endTread.interrupt();
}

运行上面的代码：

我们发现，在使用isInterrupted()进行线程中断的之后，isInterrupted()会返回一个true。

我们一起来看一下isInterrupted() 方法的源码：

我们再使用一下静态的 interrupted()方法，他返回的也是一个bool 值，

先看一下这个方法的源码：

从源码中我们发现，它返回也是中断标识符，但是，它把中断标识符给重新赋值成了true。

我们来看一下运行效果：

由此我们可以总结出：**线程通过方法 isInterrupted()来进行判断是否被中断，也可以调用静态方法 Thread.interrupted()来进行判断当前线程是否被中断，不过 Thread.interrupted()会同时将中断标识位改写为 false。**

3、阻塞

如果一个线程处于阻塞状态（如线程调用了 thread.sleep、thread.join、 thread.wait 等），则线程在检查中断标识时，如果发现中断标识位true，则会在这些阻塞方法调用处抛出InterruptedException 异常，并且在抛出异常后会立即将线程的中断标识位清除，即重新设置为true。

private static class UserThread extends Thread{
public UserThread(String name){
super(name);
}
@Override
public void run() {
String threadName = Thread.currentThread().getName();
System.out.println(threadName + "interrupt flag = " + isInterrupted());
while (!isInterrupted()){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(threadName+ "inner interrupt flag = "+ isInterrupted());
e.printStackTrace();
}
System.out.println(threadName+ "is running");
}
System.out.println(threadName+ "interrupt flag = " + isInterrupted());
}
}
public static void main(String[] args) {
Thread endTread = new UserThread("endTread");
endTread.start();
try {
Thread.sleep(20);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 中断线程， 其实设置线程的标识位
endTread.interrupt();
}

上面代码运行结果：

那么像这种，我们该怎么去中中断操作呢？只需要在??catch?? 中调用??interrupt()?? 方法就可以了

代码运行结果：

4、深入理解run 和 start

Thread类是Java里对线程概念的抽象，可以这样理解：我们通过??new Thread()?? 其实只是new出一个thread的实例，还没有和操作系统中真正的线程挂起勾来。只有执行了??start()?? 方法后，才实现了真正意义上的启动线程。
??start()?? 方法让一个线程进入就绪队列等待分配CPU，分到CPU后才调用??run()??方法，??start()?? 方法不能重复调用，如果重复调用，就会抛出异常。
run() 方法是业务逻辑实现的地方，本质上和任意一个类的任意一个成员方法并没有任何区别，可以重复执行，也可以单独调用。

那么start() 和 run() 有什么区别呢？请看代码：

private static class UserThread extends Thread{
@Override
public void run() {
int i = 90;
while (i > 0){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("I am "+Thread.currentThread().getName()+"and now the i="+ i--);
}
}
}
public static void main(String[] args) {
Thread endTread = new UserThread();
endTread.setName("threadRun");
endTread.start();
}

代码运行结果：(观察运行结果，我们可以得出，调用start() 方法的时候，执行start() 方法的是子线程)

我们修改一下代码，调用??run()?? 方法

public static void main(String[] args) {
Thread endTread = new UserThread();
endTread.setName("threadRun");
endTread.run();

}

查看运行结果：(观察运行结果，我们可以得出，调用run() 方法的时候，执行run() 方法的是主线程)

5、join 方法

join() 方法是把指定的线程加入到当前线程，可以将两个交替执行的线程合并为顺序执行。

static class Students implements Runnable {
private Thread thread;
public Students(Thread thread) {
this.thread = thread;
}
public Students() {
}
@Override
public void run() {
System.out.println("学生开始排队打饭。。。。。");
try {
if (thread != null) thread.join();
// 休眠2 秒
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("学生打饭完成");
}
}
static class Teacher implements Runnable {
@Override
public void run() {
try {
// 休眠2 秒
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("老师开始打饭、、、、、");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "老师打饭完成。");
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Teacher teacher = new Teacher();
Thread teaThread = new Thread(teacher);
Students students = new Students(teaThread);
Thread stuThread = new Thread(students);
stuThread.start();
teaThread.start();
System.out.println("我开始打饭、、、、、");
stuThread.join();
// 让主线程休眠2 秒
Thread.sleep(2000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"我打饭完成");
}

代码运行结果如下：

由上代码运行结果，我们可以得出：**在线程B中调用了线程A的??join()?? 方法，只到线程A 执行完毕后，才会继续执行线程B的。**

6、线程优先级

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。

设置线程优先级时，针对频繁阻塞（休眠或者I/O操作）的线程需要设置较高优先级，而偏重计算（需要较多CPU时间或者偏运算）的线程则设置较低的优先级，确保处理器不会被独占。在不同的 JVM 以及操作系统上，线程规划会存在差异，有些操作系统甚至会忽略对线程优先级的设定。

7、守护线程

Daemon（守护）线程是一种支持型线程，因为它主要被用作程序中后台调度以及支持性工作。这意味着，当一个 Java 虚拟机中不存在非 Daemon 线程的时候，Java 虚拟机将会退出。可以通过调用??Thread.setDaemon(true)??将线程设置为Daemon线程。我们一般用不上，比如垃圾回收线程就是Daemon线程。

Daemon线程被用作完成支持性工作，但是在 Java 虚拟机退出时Daemon线程中的??finally?? 块并不一定会执行。在构建Daemon线程时，不能依靠??finally?? 块中的内容来确保执行关闭或清理资源的逻辑。

8、synchronized 内置锁

线程开始运行，拥有自己的栈空间，就如同一个脚本一样，按照既定的代码一步一步地执行，直到终止。但是，每个运行中的线程，如果仅仅是孤立地运行，那么没有一点儿价值，或者说价值很少，如果多个线程能够相互配合完成工作，包括数据之间的共享，协同处理事情。这将会带来巨大的价值。

Java支持多个线程同时访问一个对象或者对象的成员变量，关键字synchronized可以修饰方法或者以同步块的形式来进行使用，它主要确保多个线程在同一个时刻，只能有一个线程处于方法或者同步块中，它保证了线程对变量访问的可见性和排他性，又称为内置锁机制。

下面我们看一段代码，在main 方法中启动两个线程，每个线程的count 值都是10000，两个线程的和应该就是20000。

public class OnlyMain {
private long count = 0;
private Object object = new Object();
public long getCount() {
return count;
}
public void incCount() {
count++;
}
// 线程
private static class Count extends Thread {
private OnlyMain onlyMain;

public Count(OnlyMain onlyMain) {
this.onlyMain = onlyMain;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
// count = count++ = 10000
onlyMain.incCount();
}
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
OnlyMain onlyMain = new OnlyMain();
// 启动两个线程
Count count1 = new Count(onlyMain);
Count count2 = new Count(onlyMain);
count1.start();
count2.start();
Thread.sleep(50);
System.out.println(onlyMain.count);
}
}

代码的运行结果是：

经过多次运行，每次运行的结果都不一样，只有在很少很少的几率的情况下，才会出现正确的20000结果值，这是为什么呢？

这是因为，两个线程同时对count 成员变量进行访问，才导致输出结果的错误。怎么解决呢？使用synchronized 内置锁。

修改上面代码中的incCount() 方法，添加一个内锁：

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

这样我们就能保证每次运行的正确结果了：

9、对象锁和类锁

对象锁是用于对象实例方法的锁，或者一个对象实例上，类锁是用于类的静态方法或一个类的class 上的，我们知道，类的对象实例可以有很多个，但是每个类只有一个class对象，所有不同对象实例的对象锁是互不干扰的，但是每个类只有一个类锁。

但是有一点必须要注意的是，其实类锁只是一个概念上的东西，并不是真实存在的，类锁其实锁的是每个类的对应的class 对象。类锁和对象锁之间也是互不干扰的。