带你认识线程

Myth丶恋晨 2024-05-06 21:26 86阅读 0赞

## 线程的概念 ##

**前言：** 一个程序运行起来，就会对应一个进程，例如，启动一个 Java 程序，就会创建一个 Java 进程。进程也被称为系统分配资源的基本单位。

一个进程可以包含一个线程，也可以包含多个线程（不能包含0个线程）；线程是系统调度执行的基本单位，也被称为轻量级(Lignt Weight Process)

## 创建线程 ##

![在这里插入图片描述][07eb8dd97fd64d5d85eb6dc449cf4f95.png]关于线程的创建，各位亲们，请详见博主的另一篇博客[《Java 中创建线程(Thread)的五种方法》][Java _Thread]

## 使用多线程的原因 ##

**主要原因**

1.  单核CPU的发展遇到了瓶颈，要想提高算力，就需要多核CPU，而并发编程能更充分利用多核CPU资源，将计算逻辑分配到多个处理器核心上，显著减少程序的运行时间，并且随着更多处理器核心的加入而变得更加高效
2.  有些任务场景需要"等待IO"，为了让等待IO的时间能够去做一些其他的工作，也需要用到并发编程。  
    **理解：** 就比如一些复杂的业务逻辑，当你在京东App上购物时，你购买一个东西时就涉及到了一笔订单的创建：插入订单数据，生成订单快照，发送邮件通知卖家和记录货品销售数量等。作为用户的你，从确认订购开始，就要等待上述的操作全部完成才能看到订购成功的结果。  
    **解决：** 使用多线程技术，将比如生成订单快照，发送邮件等数据一致性不强的操作派发给其它的线程，就可以显著缩短响应时间，从而提示用户购物体验

**次要原因：** 虽然多进程也能实现并发编程，但是线程比进程更轻量，同一个进程的线程之间，共享了资源 ( 内存＋文件描述符表等)  
体现如下：  
1.创建线程比创建进程更快；  
2.销毁线程比销毁进程更快；  
3.调度线程比调度进程更快；

## 进程的状态 ##

**Java 线程的状态**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center">状态名称</th> 
   <th align="center">说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">NEW</td> 
   <td align="center">Thread 对象有了，但还没调用 start()，系统内部的线程还未创建</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">RUNNABLE</td> 
   <td align="center">就绪状态：指的是这个线程“随叫随到”<br>以下 2 种情况：<br>1. 这个线程正在 CPU 执行<br>2. 这个线程虽然没在 CPU 执行，但是随时可以调度到 CPU 上执行</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">TERMINATED</td> 
   <td align="center">线程已经终止了，内核中的线程已经销毁了，但是 Thread 对象还在</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">WAITING</td> 
   <td align="center">阻塞：死等进入的阻塞</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">TIMED_WAITING</td> 
   <td align="center">阻塞：在进行带有超时时间的等待</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">BLOCKED</td> 
   <td align="center">阻塞：进行锁竞争的时候产生的阻塞</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

注：只要线程出现`WAITING`，`TIMED_WAITING`， `BLOCKED` 中的任意一个状态，都是阻塞，只是产生这几个状态的原因不一样

**作图理解：**

![在这里插入图片描述][004d96f34eed4758a2d63f5996a61aad.png]

## 启动线程 ##

线程对象在初始化完成之后，调用 start() 方法就可以启动。  
线程 start() 方法的含义是：当前线程同步告知 Java 虚拟机，只要线程规划器空闲，应立即启动调用 start() 方法的线程。  
调用 start 方法，才真的在操作系统的底层创建出一个线程

## 中断/终止线程 ##

中断可以理解为线程的一个标识位属性，它表示一个运行中的线程是否被其他线程进行了中断操作。

终止线程，在Java中 都只是"提醒,建议"，真正要不要终止，还得线程本体来进行决定的!!  
t 线程，正在执行，其他线程，只能提醒一下t是不是要终止了，t 收到这样的提醒之后，也还是得自己决定的。终止就好比其他线程对该线程打了一个招呼

停止线程的常见方式有以下2种：

1.  通过共享的标记来进行沟通
2.  调用 interrupt() 方法来通知

**示例1: 使用自定义的变量来作为标志位**  
核心思路：让需要终止的线程的入口方法尽快执行结束(跳出循环,还是尽快return都可以)  
代码示例：

package Thread;
    
    /**
     * Created with IntelliJ IDEA.
     * Description:
     * User: fly(逐梦者)
     * Date: 2024-03-29
     * Time: 10:44
     */
    public class Demo10 {
        
    
        private static boolean isRunning = true;
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Thread t = new Thread(()-> {
        
               while (isRunning){
        
                   System.out.println("hello thread");
                   try {
        
                       Thread.sleep(1000);
                   } catch (InterruptedException e) {
        
                       throw new RuntimeException(e);
                   }
               }
                System.out.println("t 线程已经结束了");
            });
            t.start();
    
            try {
        
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
        
                throw new RuntimeException(e);
            }
    
            // 3s 之后，主线程修改 isRunning 的值，从而通知 t 结束
            System.out.println("控制 t 线程结束");
            isRunning = false;
        }
    }

**这里的`isRunning`不能设置为局部变量，只能设置为静态成员变量**

**原因：** 涉及到变量捕获，作为lambda或者匿名内部类，都能捕获到外面一层作用域中的变量名，就可以使用的。  
但是变量捕获，有一个前置条件，就是要求变量得是final(常量)或者“事实" final"，`isRunning`变量涉及到修改操作，变量捕获失败，javac 无法编译通过，编译器会给你爆红提示报错；  
设置为静态成员变量就不是变量捕获了，而是内部类访问外部类的成员，此时 lambda 本质上就是一个匿名内部类，实现了函数式接口

**上述代码的缺点：** 有些情况下，main 线程是无法及时把 t 线程终止掉

**代码运行结果：**

![在这里插入图片描述][1171a2714e154f78990545674627b6fa.png]

**示例2: 使用 Thread.interrupted() 代替自定 义标志位**  
刚才是定义了一个boolean变量，实际上Thread 里面内置了一个，使用内置的标志位，功能要更强大  
**代码示例：**

package Thread;
    
    /**
     * Created with IntelliJ IDEA.
     * Description:
     * User: fly(逐梦者)
     * Date: 2024-03-29
     * Time: 11:19
     */
    public class Demo11 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Thread t = new Thread(() -> {
        
                while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
        
                    System.out.println("hello thread");
                    try {
        
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
        
    //                    throw new RuntimeException(e);
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
            t.start();
    
            try {
        
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
        
                throw new RuntimeException(e);
            }
            t.interrupt();
        }
    }

> `Thread.currentThread()` => 是个static方法，这个方法，能够获取到当前线程，可以能够获取到 t 这个引用  
> `isInterrupted()` => 线程内置的标志位，boolean 类型变量，true 表示线程要终止了，false表示线程要继续执行  
> `t.interrupt()` => 这个方法，相当于示例1的设置 boolean 值为 true，并且除了能设置boolean值，还可以唤醒 sleep等阻塞的方法。即使正在sleep(10s)，刚休眠1s按照示例1/第一种写法，必须再等待9s，才能让线程结束(sleep结束了,才能继续进行循环判定); 示例2/第二种写法，则立即就会让 sleep抛出一个InterruptedException异常，不会再等待，立即就唤醒了

当使用 Interrupt 方法之后，此时，要不要结束，都是t线程自己决定的!!!

**代码运行结果：**  
![在这里插入图片描述][c19a35abe31046478e1930cd07235e23.png]  
  
  
**现象：** sleep 在抛出异常后，没有立即终止，而是继续循环打印。  
**原因：** 出现这个现象,还是 sleep在搞鬼；  
如果代码没有sleep，确实是直接修改了标志位就完了；  
如果有 sleep,并且是触发 Interrupt 的时候，线程正在 sleep，sleep 被唤醒的同时，就会清除刚才的标志位(又改回false )；  
之所以要改回来，就是把控制权，转交给作为程序员的我们.

**如果想立即结束，直接在 catch 语句中加个break, 即可。至于稍后结束，还是不想结束，稍微修改下代码就行了**  
**相关代码：**

Thread t = new Thread(() -> {
        
                while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
        
                    System.out.println("hello thread");
                    try {
        
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
        
    //                    throw new RuntimeException(e);
    //                    e.printStackTrace();
                            break;
                    }
                }
            });
            t.start();

**运行结果：**  
![在这里插入图片描述][1eb3479585154f57896e84c21e7d6118.png]

## 线程等待 ##

**存在问题的代码：**

public static void main(String[] args) {
        
        Thread t  = new Thread(()->{
        
            System.out.println("hello thread");
            try {
        
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
        
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });
        t.start();
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
        
            System.out.println("hello main");
            try {
        
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
        
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        System.out.println("main end");
    }

**运行结果：**  
![在这里插入图片描述][3b88537c858341e9a818c7e72e0b818d.png]  
  
  
**分析原因**

**根本原因：** 多个线程，在系统中的调度顺序，是无序的(抢占式执行)，作为程序猿的我们，期望程序的结果是稳定的，不应该是"随机"的  
希望在随机的体系上，加入一些控制，让结果变的不那么随机

**问题：** 多个线程什么时候被调度执行，不确定 => 多个线程谁先执行结束，不确定

**解决：** 通过线程等待(join)，来确定线程结束的先后顺序

**join 相关函数**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center">函数返回值</th> 
   <th align="center">方法及其作用</th> 
   <th align="center">个人理解</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">void</td> 
   <td align="center">join()<br>Waits for this thread to die.</td> 
   <td align="center">这个join无参数版本 (很少使用)<br>死等，不见不散<br>只要 t 不结束，join 就会一直等待下去</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">void</td> 
   <td align="center">join(long millis)<br>Waits at most millis milliseconds for this thread to die.</td> 
   <td align="center">（常用）等待 N 毫秒 <br>比如，写了等待10ms，如果10ms之内, t 线程结束了，直接返回<br>如果10ms 到了，t 还没结束，不等了，代码继续往下执行了</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">void</td> 
   <td align="center">join(long millis, int nanos)<br>Waits at most millis milliseconds plus nanos nanoseconds for this thread to die.</td> 
   <td align="center">等待 N 毫秒 又 M 纳秒 (几乎不用)</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**具体实现：** 由于上述代码中， main 和 t 线程，之间的结束顺序是不确定的，如果希望让代码里面的t能够先结束, main后结束,就可以在main 中使用线程等待(join)

**代码如下：**

package Thread;
    
    /**
     * Created with IntelliJ IDEA.
     * Description:
     * User: fly(逐梦者)
     * Date: 2024-03-30
     * Time: 2:06
     */
    public class Demo12 {
        
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
            Thread t = new Thread(() -> {
        
                for (int i = 0; i < 3; i++) {
        
                    System.out.println("hello thread");
                    try {
        
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
        
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }
            });
            t.start();
    
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
        
                System.out.println("hello main");
                try {
        
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            t.join();
            System.out.println("main end");
        }
    }

**运行结果：**

![在这里插入图片描述][50e603c4a85b4fd3bd950c08977d4499.png]

**main 中调用上述 join 方法，有以下两种可能:**  
1.如果t线程此时已经结束了，此时join 就会立即返回 => 没涉及到任何阻塞操作直接往下执行了  
2.如果t线程此时还没结束，此时 join 就会 **阻塞** 等待，一直等待到t线程结束之后, join才能解除阻塞,继续执行 => 这就确保了 main 线程—定是后结束  
**阻塞：** 该线程暂时不参与cpu调度执行，解除阻塞继续执行，线程重新参与到cpu调度了

注意：可怜的main线程 -> main 一般情况都不会被其它线程 join，即是不会被等待的 ~~ 批准：main 你什么时候才能摆脱舔狗的身份啊！！！

## 线程安全 ##

**批注：(\#^.^\#) 浅谈一下，接下来的博客会详细的讲讲多线程带来的线程安全**

**线程安全问题的原因:**  
1.抢占式执行，随机调度  
2.多个线程同时修改同一个变量  
3.修改操作不是原子的  
4.内存可见性  
5.指令重排序

**解决线程安全问题:** 加锁(synchronized)

[07eb8dd97fd64d5d85eb6dc449cf4f95.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/direct/07eb8dd97fd64d5d85eb6dc449cf4f95.png
[Java _Thread]: https://blog.csdn.net/m0_73740682/article/details/137077901?spm=1001.2014.3001.5501
[004d96f34eed4758a2d63f5996a61aad.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/06/e5ac20cf43204d27913516a1de3572fc.png
[1171a2714e154f78990545674627b6fa.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/06/b796d439c9db43da9fb920a57a11f4c7.png
[c19a35abe31046478e1930cd07235e23.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/06/4d658dab3b654935ad4a3f2be7839f12.png
[1eb3479585154f57896e84c21e7d6118.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/06/112e419e8cf54fe4a3aa7c7fc99b397b.png
[3b88537c858341e9a818c7e72e0b818d.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/06/2b6bd41b66a74fc29a9c596a42383853.png
[50e603c4a85b4fd3bd950c08977d4499.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/06/82ef04a9a37a492791f1bcfe03cdcbf5.png