JUC学习笔记二Java中的线程

创建和运行线程

方法一，直接使用 Thread

// 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

// 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();

小结

方法1 是把线程和任务合并在了一起，方法2 是把线程和任务分开了 用 Runnable 更容易与线程池等高级 API 配合 用 Runnable 让任务类脱离了 Thread 继承体系，更灵活。

线程运行的原理

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

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

1. 线程的 cpu 时间片用完
2. 垃圾回收
3. 有更高优先级的线程需要运行
4. 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。

线程中常用的方法

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	等待时间结束了这个线程会切换到runnable状态
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
isInterrupted()		判断是否被打 断	不会清除 打断标记
interrupted()		判断当前线程是 否被打断	会清除 打断标记
interrupt()		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
currentThread()	static	获取当前正在执 行的线程
isAlive()		线程是否存活 （还没有运行完 毕）
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，状态并不会改变

start 方法与run方法

直接调用 run 是在主线程中执行了 run，没有启动新的线程 使用 start 是启动新的线程，通过新的线程间接执行 run 中的代码

sleep 与 yield

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 InterruptedException，睡眠结束后的线程未必会立刻得到执行，会跳转到runnable状态，等待CPU分配时间片

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

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

join 方法详解

join的意思是这个线程等待另外一个线程运行完之后再运行，此时调用join方法的线程处于阻塞状态，需要等待目标线程运行结束之后才能恢复可运行状态。join方法里面加入时间参数可以让这个线程等待一定的时间，如果时间过了目标线程还没有运行结束，那么调用线程也会直接进入runnable状态。

两阶段终止

示意图如下

代码如下

package jmu.wj;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
@Slf4j(topic = "c.test3")
public class test2{
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Two two = new Two();
        two.start();
        Thread.sleep(3500);
        two.stop();
    }
}
@Slf4j(topic = "c.test2")
class Two {
    private Thread monitor;

    public void start(){
        monitor = new Thread(()-> {
            while(true){
                Thread current = Thread.currentThread();
                if(current.isInterrupted()){
                    log.debug("处理后事");
                    break;
                }try{
                    Thread.sleep(1000);
                    log.debug("执行监控记录");
                }catch (InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                    //重新设置打断标记
                    current.interrupt();
                }
            }
        });
        monitor.start();
    }
    public void stop(){
        monitor.interrupt();
    }
}

一个线程启动之后，想要把这个线程关闭，可以使用这个方法，这样可以安全地关闭线程，并且处理好后事，只需要在外面的线程中调用一下interrupt方法。需要注意的是线程休眠的时候被interrupt会默认把打断标记置为false，所以需要在catch代码块中再次调用interrupt方法。

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。

垃圾回收器线程就是一种守护线程。 Tomcat 中的 Acceptor 和 Poller 线程都是守护线程，所以 Tomcat 接收到 shutdown 命令后，不会等 待它们处理完当前请求

线程的五种状态（操作系统层面）

【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

线程的六种状态（java层面）

• 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

面试题

继承Thread类或者实现Runnable接口来创建线程，有何区别？

• 覆写Runnable接口实现多线程可以避免单继承局限

• b.实现Runnable()可以更好的体现共享的概念

线程的常用方法有哪些？

1. Thread.sleep(long millis)，一定是当前线程调用此方法，当前线程进入TIMED_WAITING状态，但不释放对象锁，millis后线程自动苏醒进入就绪状态。作用：给其它线程执行机会的最佳方式。
2. Thread.yield()，一定是当前线程调用此方法，当前线程放弃获取的CPU时间片，但不释放锁资源，由运行状态变为就绪状态，让OS再次选择线程。作用：让相同优先级的线程轮流执行，但并不保证一定会轮流执行。实际中无法保证yield()达到让步目的，因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。Thread.yield()不会导致阻塞。该方法与sleep()类似，只是不能由用户指定暂停多长时间。
3. thread.join()/thread.join(long millis)，当前线程里调用其它线程t的join方法，当前线程进入WAITING/TIMED_WAITING状态，当前线程不会释放已经持有的对象锁。线程t执行完毕或者millis时间到，当前线程一般情况下进入RUNNABLE状态，也有可能进入BLOCKED状态（因为join是基于wait实现的）。
4. obj.wait()，当前线程调用对象的wait()方法，当前线程释放对象锁，进入等待队列。依靠notify()/notifyAll()唤醒或者wait(long timeout) timeout时间到自动唤醒。
5. obj.notify()唤醒在此对象监视器上等待的单个线程，选择是任意性的。notifyAll()唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。
6. LockSupport.park()/LockSupport.parkNanos(long nanos),LockSupport.parkUntil(long deadlines), 当前线程进入WAITING/TIMED_WAITING状态。对比wait方法,不需要获得锁就可以让线程进入WAITING/TIMED_WAITING状态，需要通过LockSupport.unpark(Thread thread)唤醒。

Java中interrupted 和 isInterruptedd方法的区别？

interrupted() 和 isInterrupted()的主要区别是前者会将中断状态清除而后者不会。Java多线程的中断机制是用内部标识来实现的，调用Thread.interrupt()来中断一个线程就会设置中断标识为true。当中断线程调用静态方法Thread.interrupted()来检查中断状态时，中断状态会被清零。而非静态方法isInterrupted()用来查询其它线程的中断状态且不会改变中断状态标识。简单的说就是任何抛出InterruptedException异常的方法都会将中断状态清零。无论如何，一个线程的中断状态有有可能被其它线程调用中断来改变。

Java中如何停止一个线程？

Java提供了很丰富的API但没有为停止线程提供API。JDK 1.0本来有一些像stop(), suspend() 和 resume()的控制方法，但是由于潜在的死锁威胁。因此在后续的JDK版本中他们被弃用了，之后Java API的设计者就没有提供一个兼容且线程安全的方法来停止一个线程。当run() 或者 call() 方法执行完的时候线程会自动结束，如果要手动结束一个线程，可以用volatile 布尔变量来退出run()方法的循环或者是取消任务来中断线程。或者是使用两阶段中止模式

 在多线程中，什么是上下文切换(context-switching)？

上下文切换是存储和恢复CPU状态的过程，它使得线程执行能够从中断点恢复执行。上下文切换是多任务操作系统和多线程环境的基本特征。