Java 线程的基本概念
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();
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();
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
// 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);
观察多个线程同时运行
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
- ps -fe 查看所有进程
- ps -fT -p (PID) 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 (PID) 查看某个进程(PID)的所有线程
Java
- jps 命令查看所有 Java 进程
- jstack (PID) 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
原理之线程运行
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
- 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
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
常见方法
方法名 | static | 功能说明 | 注意 |
---|---|---|---|
start() | 启动一个新线程,在新的线程运行 run 方法中的代码 | start 方法只是让线程进入就绪,里面代码不一定立刻运行(CPU 的时间片还没分给它)。每个线程对象的start方法只能调用一次,如果调用了多次会出现 IllegalThreadStateException | |
run() | 新线程启动后会调用的方法 | 如果在构造 Thread 对象时传递了 Runnable 参数,则线程启动后会调用 Runnable 中的 run 方法,否则默认不执行任何操作。但可以创建 Thread 的子类对象,来覆盖默认行为 | |
join() | 等待线程运行结束 | ||
join(long n) | 等待线程运行结束,最多等待 n毫秒 | ||
getId() | 获取线程长整型的 id | ||
getName() | 获取线程名 | ||
setName(String) | 修改线程名 | ||
getPriority() | 获取线程优先级 | ||
setPriority(int) | 修改线程优先级 | java中规定线程优先级是1~10 的整数,较大的优先级能提高该线程被 CPU 调度的机率 | |
getState() | 获取线程状态 | Java 中线程状态是用 6 个 enum 表示,分别为:NEW, RUNNABLE, BLOCKED, WAITING, TIMED_WAITING, TERMINATED | |
interrupted() | 打断线程 | 如果被打断线程正在 sleep,wait,join 会导致被打断的线程抛出 InterruptedException,并清除打断标记 ;如果打断的正在运行的线程,则会设置 打断标记 ;park 的线程被打断,也会设置打断标记 | |
interrupted() | static | 判断当前线程是否被打断 | 会清除打断标记 |
isInterrupted() | 判断是否被打断 | 不会清除打断标记 | |
isAlive() | 线程是否存活(还没有运行完毕) | ||
currentThread() | static | 获取当前正在执行的线程 | |
sleep(long n) | static | 让当前执行的线程休眠n毫秒,休眠时让出 cpu的时间片给其它线程 | |
yield() | static | 提示线程调度器让出当前线程对CPU的使用 | 主要是为了测试和调试 |
start 与 run
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
sleep 与 yield
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
- 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
InterruptedException
- 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
- 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();
join 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
- 而主线程一开始就要打印 r 的结果,所以只能打印出
解决方法
- 用 sleep 行不行?为什么?
- 用 join,加在 t1.start() 之后即可
interrupt 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
打断 park 线程
打断 park 线程, 不会清空打断状态
private static void test3() throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("park...");
LockSupport.park();
log.debug("unpark...");
log.debug("打断状态:{}", Thread.currentThread().isInterrupted());
},
"t1");
t1.start();
sleep(0.5);
t1.interrupt();
}
输出
21:11:52.795 [t1] c.TestInterrupt - park...
21:11:53.295 [t1] c.TestInterrupt - unpark...
21:11:53.295 [t1] c.TestInterrupt - 打断状态:true
如果打断标记已经是 true, 则 park 会失效
主线程与守护线程
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...
五种状态
是从 操作系统 层面来描述的
- 【初始状态】仅是在语言层面创建了线程对象,还未与操作系统线程关联
- 【可运行状态】(就绪状态)指该线程已经被创建(与操作系统线程关联),可以由 CPU 调度执行
【运行状态】指获取了 CPU 时间片运行中的状态- 当 CPU 时间片用完,会从【运行状态】转换至【可运行状态】,会导致线程的上下文切换
- 【阻塞状态】
- 如果调用了阻塞 API,如 BIO 读写文件,这时该线程实际不会用到 CPU,会导致线程上下文切换,进入【阻塞状态】
- 等 BIO 操作完毕,会由操作系统唤醒阻塞的线程,转换至【可运行状态】
- 与【可运行状态】的区别是,对【阻塞状态】的线程来说只要它们一直不唤醒,调度器就一直不会考虑调度它们
- 【终止状态】表示线程已经执行完毕,生命周期已经结束,不会再转换为其它状态
六种状态
这是从 Java API 层面来描述的,根据 Thread.State 枚举,分为六种状态
- NEW 线程刚被创建,但是还没有调用 start() 方法
- RUNNABLE 当调用了 start() 方法之后,注意,Java API 层面的 RUNNABLE 状态涵盖了 操作系统 层面的【可运行状态】、【运行状态】和【阻塞状态】(由于 BIO 导致的线程阻塞,在 Java 里无法区分,仍然认为是可运行)
- BLOCKED ,WAITING ,TIMED_WAITING 都是 Java API 层面对【阻塞状态】的细分
- TERMINATED 当线程代码运行结束
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