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线程基础

什么是线程

  官方解释:线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位,包含于进程之中,是进程中的实际运作单位。也就是说线程是代码运行的载体,我们所编写的代码都是在线程上跑的,以一个最简单的 hellowWorld 为例:

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World!");
        System.out.println("当前线程名为:"+Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("当前线程id为:"+Thread.currentThread().getId());
    }
}

结果为:

Hello World!
当前线程名为:main
当前线程id为:1

在程序运行时默认会创建一个主线程来执行代码,线程名为:main,线程 id 为 1

什么是多线程

  顾名思义就是多个线程同时运行,提高程序执行速度。单个线程一次只能做一件事,想要提高执行效率有两种途径:

  • 异步。因为大多数时候线程都不是时刻在进行计算,都是在等待 io 操作,那么就可以将等待时间利用起来以提高线程的利用率。这里不做过多讨论,想要进一步了解异步的可以学习 Node.js(原生支持异步)
  • 多线程。一个线程一次只能做一件事,那么多个线程就能同时做多件事了,通过增大线程数来提高执行速度。

如何创建线程

  创建线程有两种方法

  • 继承 Thread 类
  • 实现 runnable 接口

继承 Thread 类

  不推荐本方式来创建线程,原因显而易见:java 不支持多继承,如果继承了 Thread 类就不能再继承其他类了。

  使用继承方式创建线程代码如下:

public class CustomThreadExtendThread extends Thread{

    @Override
    public void run() {
        String threadName = Thread.currentThread().getName();
        long threadId = Thread.currentThread().getId();
        System.out.println("创建线程名为:"+threadName+",id为:"+threadId);
    }

    public static void main(String[] args){
        Thread thread1 = new CustomThreadExtendThread();
        Thread thread2 = new CustomThreadExtendThread();
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

实现 runnable 接口

  实现接口来创建线程是目前推荐的一种方式,原因也很简单:一个类可以实现多个接口。实现 Runnable 接口并不影响实现类再去实现其他接口。

  使用实现接口方式创建线程代码如下:

public class CustomThreadImplementInterface implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        Thread.currentThread().setName(((Double) Math.random()).toString());
        String threadName = Thread.currentThread().getName();
        long threadId = Thread.currentThread().getId();
        System.out.println("创建线程名为:" + threadName + ",id为:" + threadId);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(new CustomThreadImplementInterface());
        Thread thread2 = new Thread(new CustomThreadExtendThread());
        thread1.start();
        thread2.start();

        //使用lambda表达式,让创建线程更简单
        new Thread(() -> {
            System.out.println("创建了一个新线程");
        }).start();
    }
}

  通过查看 Thread 源码可以看到 Thread 类也是 Runnable 接口的一个实现类。

PS:后续代码全部使用 runnable 创建线程

线程状态

  上面只是演示了线程的创建,现在来详细了解线程的状态。在 java 规范中,线程可以有以下 6 种状态:

  • New(新创建)
  • Runnable(可运行)
  • Blocked(阻塞)
  • Waiting(等待)
  • Timed waiting(计时等待)
  • Terminated(被终止)

新创建线程

  当使用 new 操作符创建一个线程时,如 new Thread(r),线程还未开始运行,就属于新创建状态。

可运行线程

  一旦调用 Thread 类的 start 方法,线程就处于可运行状态。

为什么要叫运行状态?

  因为 Java 的规范中并没有将正在 CPU 上运行定义为一个单独的状态。因此处于可运行状态的线程可能正在运行,也可能没有运行,取决于 CPU 的调度策略。

被阻塞线程和等待线程

  当线程处于阻塞或等待状态时,不运行任何代码且消耗最少的资源。直到重新运行。有如下几种途径让线程进入阻塞或等待状态:

  • 当一个线程试图获取一个内部的对象锁,而该锁被其他线程持有
  • 当线程等待另一个线程通知调度器一个条件时,进入等待状态。比如调用 Object.wait 或 Thread.join 方法,或等待 java.util.concurrent 库中的 Lock 或 Condition 时。
  • 当调用计时等待方法时。比如 Thread.sleep,Object.wait,Thread.join,Lock.tryLock 以及 Condition.await

被终止的线程

  线程可由以下两种办法进入终止状态:

  • run 方法的结束而自然死亡
  • 未捕获异常中止了 run 方法而意外死亡

注意: 调用线程的 stop 方法也可以终止线程,但是这个方法已经被弃用,最好不要使用。

线程属性

  线程有各种属性:优先级,守护线程,线程组以及处理未捕获异常处理器。

线程优先级

  java 中,每个线程都有一个优先级。默认情况下,线程继承父线程优先级。也可以调用setPriority方法指定优先级。优先级范围:1(MIN_PRIORITY)-10(MAX_PRIORITY).NORM_PRIORITY 为 5,这些常量定义在 Thread 类中.

注意: 线程优先级时高度依赖于系统的,因此当 java 线程优先级映射到宿主机平台的优先级时,优先级个数可能会变少或者变成 0.比如,Windows 中有 7 个优先级,java 线程映射时部分优先级将会映射到相同的操作系统优先级上。Oracle 为 Linux 编写的 java 虚拟机中,忽略了线程的优先级,所有 java 线程都有相同的优先级。不要编写依赖优先级的代码

守护线程

  通过调用Thread.setDaemon(true)将一个线程转换为守护线程。守护线程唯一的用户是为其他线程提供服务,比如计时线程,定时发送计时信号给其他线程。因此当虚拟机中只有守护线程时,虚拟机就会关闭退出。不要在守护线程中访问任何资源,处理任何业务逻辑

未捕获异常处理器

  线程的 run 方法不能抛出任何受查异常,非受查异常会导致线程终止,除了 try/catch 捕获异常外,还可以通过未捕获异常处理器来处理异常。异常处理器需要实现Thread.UncaughtExceptionHandler接口。

  可以使用线程示例的setUncaughtExceptionHandler()方法为某个线程设置处理器,也可使用Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler()为所有线程设置默认处理器,代码如下:

public class CustomExceptionHandler implements Thread.UncaughtExceptionHandler {

    @Override
    public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
        System.out.println("捕获到线程"+t.getName()+",异常:" + e.getMessage());
        e.printStackTrace();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler(new CustomExceptionHandler());
        new Thread(() -> {
            throw new RuntimeException("test");
        }).start();
    }
}

  如果不设置默认处理器且不为独立的线程设置处理器,那么该线程的处理器就为该线程的线程组对象–ThreadGroup(因为线程组对象实现了Thread.UncaughtExceptionHandler接口)。

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