Java线程
3.1 创建和运行线程
方法一,直接使用 Thread
1 | /** |
1 | public class ThreadTest { |
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)
1 | /**· |
1 | Runnable runnable = new Runnable() { |
1 | // 创建任务对象 |
Java 8 以后可以使用 lambda 精简代码
1 | // 创建任务对象 |
***** 原理之 Thread 与 Runnable 的关系
分析 Thread 的源码,理清它与 Runnable 的关系
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
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
1 | // 创建任务对象 |
1 | 19:22:27 [t3] c.ThreadStarter - hello |
1 | import java.util.concurrent.Callable; |
3.3 查看进程线程的方法
windows下出现异常(例如jps看不到,jconsole也没有可用pid),尝试管理员身份运行cmd
cmd在 C:\Users{用户名}\AppData\Roaming\Microsoft\Windows\Start Menu\Programs\System Tools
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
1 | java -Djava.rmi.server.hostname=`ip地址` -Dcom.sun.management.jmxremote - |
- 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)
3.4 *** 原理之线程运行**
栈与栈帧
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
3.6 start 与 run
调用 run
1 | public static void main(String[] args) { |
1 | 19:39:14 [main] c.TestStart - main |
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
1 | 19:41:30 [main] c.TestStart - do other things ... |
小结
- 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
3.7 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 InterruptedException
- 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
- 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
1 | Runnable task1 = () -> { |
3.8 join方法详解
为什么需要 join
下面的代码执行,打印 r 是什么?
1 | static int r = 0; |
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 r=10
- 而主线程一开始就要打印 r 的结果,所以只能打印出 r=0
解决方法
- 用 sleep 行不行?为什么? 不确定需要等待多久
- 用 join,加在 t1.start() 之后即可
* 应用之同步(案例1)
以调用方角度来讲,如果
- 需要等待结果返回,才能继续运行就是同步
- 不需要等待结果返回,就能继续运行就是异步
等待多个结果
问,下面代码 cost 大约多少秒?
1 | static int r1 = 0; |
分析如下
- 第一个 join:等待 t1 时, t2 并没有停止, 而在运行
- 第二个 join:1s 后, 执行到此, t2 也运行了 1s, 因此也只需再等待 1s
如果颠倒两个 join 呢?
最终都是输出
1 | 20:45:43.239 [main] c.TestJoin - r1: 10 r2: 20 cost: 2005 |
有时效的join
等够时间
1 | static int r1 = 0; |
输出
1 | 20:48:01.320 [main] c.TestJoin - r1: 10 r2: 0 cost: 1010 |
没等够时间
1 | public static void test3() throws InterruptedException { |
3.9 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
1 | private static void test1() throws InterruptedException { |
输出
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
1 | private static void test2() throws InterruptedException { |
09:33:07.444 [t2] DEBUG hm.Test_Interrupt - 打断状态: true
1 | static class TPTInterrupt { |
调用:
1 | TPTInterrupt t = new TPTInterrupt(); |
09:49:04.956 [main] DEBUG hm.Test_Interrupt - stop
09:49:04.956 [监控线程] DEBUG hm.Test_Interrupt - 将结果保存
09:49:04.960 [监控线程] DEBUG hm.Test_Interrupt - 料理后事
Process finished with exit code 0
如果没有 current.interrupt();
2.2 利用停止标记
1 | // 停止标记用 volatile 是为了保证该变量在多个线程之间的可见性 |
调用
1 | TPTVolatile t = new TPTVolatile(); |
结果
11:54:52.003 c.TPTVolatile [监控线程] - 将结果保存
11:54:53.006 c.TPTVolatile [监控线程] - 将结果保存
11:54:54.007 c.TPTVolatile [监控线程] - 将结果保存
11:54:54.502 c.TestTwoPhaseTermination [main] - stop
11:54:54.502 c.TPTVolatile [监控线程] - 料理后事
打断 park 线程
打断 park 线程, 不会清空打断状态
1 | private static void test3() throws InterruptedException { |
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
1 | private static void test4() { |
输出
21:13:48.783 [Thread-0] c.TestInterrupt - park…
21:13:49.809 [Thread-0] c.TestInterrupt - 打断状态:true
21:13:49.812 [Thread-0] c.TestInterrupt - park…
21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - 打断状态:true
21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - park…
21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - 打断状态:true
21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - park…
21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - 打断状态:true
21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - park…
21:13:49.813 [Thread-0] c.TestInterrupt - 打断状态:true
3.11 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。
1 |
|
输出
10:24:21.433 [main] DEBUG hm.Test_Park - 开始运行…
10:24:21.443 [daemon] DEBUG hm.Test_Park - 开始运行…
10:24:22.444 [main] DEBUG hm.Test_Park - 运行结束…
注意
- 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
3.12 五种状态 ( 操作系统 层面)
这是从 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
3.13 六种状态(Thread.State)
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,后面会在状态转换一节详述TERMINATED
当线程代码运行结束
新建状态(NEW)
当程序使用 new 关键字创建了一个线程之后,该线程就处于新建状态,此时仅由 JVM 为其分配内存,并初始化其成员变量的
就绪状态(RUNNABLE):
当线程对象调用了 start()方法之后,该线程处于就绪状态。Java 虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器,等待调度运行。
运行状态(RUNNING):
如果处于就绪状态的线程获得了 CPU,开始执行 run()方法的线程执行体,则该线程处于运行状 态。
阻塞状态(BLOCKED):
阻塞状态是指线程因为某种原因放弃了 cpu 使用权,也即让出了 cpu timeslice,暂时停止运行。 直到线程进入可运行(runnable)状态,才有机会再次获得 cpu timeslice 转到运行(running)状 态。
阻塞的情况分三种:
等待阻塞(o.wait->等待对列):
运行(running)的线程执行 o.wait()方法,JVM 会把该线程放入等待队列(waitting queue) 中。
同步阻塞(lock->锁池)
运行(running)的线程在获取对象的同步锁时,若该同步锁被别的线程占用,则 JVM 会把该线 程放入锁池(lock pool)中。
其他阻塞(sleep/join)
运行(running)的线程执行 Thread.sleep(long ms)或 t.join()方法,或者发出了 I/O 请求时, JVM 会把该线程置为阻塞状态。当 sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者 I/O 处理完毕时,线程重新转入可运行(runnable)状态
1 | package hm; |
测试:
情况1 NEW –> RUNNABLE
当调用 t.start() 方法时,由 NEW –> RUNNABLE
情况2 RUNNABLE <–> WAITING
t 线程用 synchronized(obj)
获取了对象锁后
调用 obj.wait() 方法时,t 线程从 RUNNABLE –> WAITING
调用 obj.notify() , obj.notifyAll() , t.interrupt() 时
- 竞争锁成功,t 线程从WAITING –> RUNNABLE
- 竞争锁失败,t 线程从WAITING –> BLOCKED
情况 3 RUNNABLE <–> WAITING
当前线程调用 t.join() 方法时,当前线程从 RUNNABLE –> WAITING
- 注意是当前线程在t 线程对象的监视器上等待
t 线程运行结束,或调用了当前线程的 interrupt() 时,当前线程从 WAITING –> RUNNABLE
情况 4 RUNNABLE <–> WAITING
- 当前线程调用 LockSupport.park() 方法会让当前线程从 RUNNABLE –> WAITING
- 调用 LockSupport.unpark(目标线程) 或调用了线程 的 interrupt() ,会让目标线程从 WAITING –>RUNNABLE
情况 5 RUNNABLE <–> TIMED_WAITING
t 线程用 synchronized(obj) 获取了对象锁后
调用 obj.wait(long n) 方法时,t 线程从 RUNNABLE –> TIMED_WAITING
t 线程等待时间超过了 n 毫秒,或调用 obj.notify() , obj.notifyAll() , t.interrupt() 时
- 竞争锁成功,t 线程从TIMED_WAITING –> RUNNABLE
- 竞争锁失败,t 线程从TIMED_WAITING –> BLOCKED
情况 6 RUNNABLE <–> TIMED_WAITING
当前线程调用 t.join(long n) 方法时,当前线程从 RUNNABLE –> TIMED_WAITING
- 注意是当前线程在t 线程对象的监视器上等待
当前线程等待时间超过了 n 毫秒,或t 线程运行结束,或调用了当前线程的 interrupt() 时,当前线程从 TIMED_WAITING –> RUNNABLE
情况 7 RUNNABLE <–> TIMED_WAITING
- 当前线程调用 Thread.sleep(long n) ,当前线程从 RUNNABLE –> TIMED_WAITING
- 当前线程等待时间超过了 n 毫秒,当前线程从TIMED_WAITING –> RUNNABLE
情况 8 RUNNABLE <–> TIMED_WAITING
- 当前线程调用 LockSupport.parkNanos(long nanos) 或 LockSupport.parkUntil(long millis) 时,当前线 程从 RUNNABLE –> TIMED_WAITING
- 调用 LockSupport.unpark(目标线程) 或调用了线程 的 interrupt() ,或是等待超时,会让目标线程从 TIMED_WAITING–> RUNNABLE
情况 9 RUNNABLE <–> BLOCKED
- t 线程用synchronized(obj) 获取对象锁时如果竞争失败,从RUNNABLE –> BLOCKED
- 持 obj 锁线程的同步代码块执行完毕,会唤醒该对象上所有 BLOCKED的线程重新竞争,如果其中 t 线程竞争 成功,从 BLOCKED –> RUNNABLE ,其它失败的线程仍然BLOCKED
情况 10 RUNNABLE –> TERMINATED
当前线程所有代码运行完毕,进入 TERMINATED