Java并发基础（六）——线程的基本操作

古城微笑少年丶 2022-03-25 04:36 150阅读 0赞

这里主要说明常用的线程操作，是我们平常用的比较多的地方。虽然简单，却有一些值得深究的地方。

### 1，新建线程 ###

创建线程的方法有多种，这里就用很普通的方法，直接创建Thread类的一个实例。

// 创建线程
    Thread t = new Thread();
    // 调用开始方法
    t.start();

这里需要注意的是，调用Thread的start()方法后，就会启动一个线程并让线程执行run()方法，换句话说，start()方法运行了，再调不调run()方法都会运行run()方法，但调用与不调用run()方法，结果确不一样。

**start()和run()方法的区别**

start()方法：调用此方法，使得该线程开始执行，如果调度OK（得到CPU时间片）就会运行run()方法；这样就是多个线程并发执行，当前线程(调用start()方法返回)不等待run()方法执行而直接执行下面的代码。run()方法称为线程体。

为什么会这样呢？

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FpbnhpYW4yMDEyMA_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FpbnhpYW4yMDEyMA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

从源码来分析，线程Thread类，也是实现了Runnable接口。而Runnable接口，只有一个run()抽象方法。根据Java面向对象思想，Thread类的实例是需要重写run()方法的，Thread类的实例也会运行run方法。从之方面来讲，单纯使用接口来定义线程Thread，避免重写Thread的run()方法，可以说是最常用的方法。

还有一种情况是线程创建后不调用start()方法，直接调用run()方法，也能正常执行，但却不能创建一个线程。它会在当前线程线（Thread会在本地拥有当前线程）程中调用run()方法，算是作为一个普通的方法调用。如此代码：

// 创建线程
    Thread t = new Thread();
    // 直接调用运行方法
    t.run();

run()方法：Thread的子类需要重写该方法。run()方法只是类的一个普通方法，如果直接调用run()方法，程序中只有主线程一个线程，不能开启一个线程。不要用run()方法来开启新线程，它只会在当前线程中串行执行run()方法中的代码。

这些问题我以前也不清楚，之前面试的时候做过一道这样的题目，当时有点模糊于是把题目记下来了，回来了自己尝试了下。发现了与众不同的地方。

下面举个例子，具体的说明start()和run()方法的区别。

public static void main(String args[]){
            Thread t = new Thread(){
                public void run(){
                    printPong();
                }
            };
            t.start();
            printPing();
        }
    
    
        public static void printPing(){
            System.out.println("PING");
        }
    
    
        public static void printPong(){
            System.out.println("PONG");
        }

打印结果：![20190118161120202.png][]

启动线程后，直接运行后面的代码。

public static void main(String args[]){
            Thread t = new Thread(){
                public void run(){
                    printPong();
                }
            };
        //  t.start();
            t.run();
            printPing();
        }
    
    
        public static void printPing(){
            System.out.println("PING");
        }
    
    
        public static void printPong(){
            System.out.println("PONG");
        }

打印结果：![20190118161322195.png][]

因为先调用run()方法，这里的run()方法只是一个普通方法，所以这样就好理解了。

### 2，终止线程（stop） ###

一般来讲，当线程执行完成后就会结束，不需要手动关闭。但有些例外情况，需要手动去关闭它。比如一些做外服务端的后台线程，可能会常驻系统。它们的执行体有可能本身是一个大的无穷循环体，来提供某些服务。

stop()方法：如果要一个线程中止，只需要调用Thread的stop()方法即可，很是方便。但若用Eclipse之类的IDE开发时，会发现stop()方法是一个废弃的方法。一般来说，如果在是废弃的方法，就是不推荐使用它。将来也可能会被JDK删除掉。

![2019012218230443.png][]

为什么将stop()方法废弃呢？因为它过于简单粗暴。它会强行把正在执行的线程停止，如果这个线程中有两步是修改数据库的数据，如果只执行了第一步就被停止了，那可能会造成数据不一致的问题。因为程序中一个操作中的两个数据库修改一般会是关联的。

stop()方法在结束运行的线程时，会直接终止线程。并立即释放掉这个线程所持有的锁，而这把锁正是维持对象一致性的。

### 3，线程中断（interrupt） ###

线程中断是一种重要的线程协作机制。它比stop()方法，以一套自有的机制完善线程退出的功能。严格来讲，线程中断并不会使线程立即退出，而是给线程发送一个通知，告诉目标线程有人想要你退出。目标线程在接收到通知后要怎么处理，就完全由目标线程自己决定。如果线程中断后，线程立即无条件退出，就又会遇到stop()方法的老问题。

Thread类有三个方法与线程中断有关，如下：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FpbnhpYW4yMDEyMA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

*  **interrupt**()方法，会通知目标线程中断，就是设置中断的标志位。中断标志位表示当前线程已经被中断了。
 *  **isInterrupted**()方法，会判断当前线程是否被中断（检查中断标志位）。
 *  **interrupted**()也可以用来判断当前线程的中断状态，但同时会清除当前线程的中断标志位状态。

下面的代码，虽然t1做了中断操作，但t1并不中断。因为并没有中断处理的逻辑，只是被置为中断状态。

public static void main(String args[]) throws InterruptedException{
            Thread t1 = new Thread(){
                @Override
                public void run(){
                    while(true){
                        Thread.yield();
                    }
                }
            };
            t1.start();
            Thread.sleep(2000);
            t1.interrupt();
        }

经过下面的修改，t1中断后会退出，因为加了相应的中断处理代码：如果当前线程中断了，则退出循环体，结束线程。

sleep(long millis)方法：让当前线程休眠millis毫秒的时间，会抛出InterruptedException中断异常。InterruptedException异常不是运行时异常，所以程序必须捕获并且处理它，当前线程休眠时，如果被中断，这个异常就会产生。

public static void main(String args[]) throws InterruptedException{
            Thread t1 = new Thread(){
                @Override
                public void run(){
                    while(true){
                        if(Thread.currentThread().isInterrupted()){
                            System.out.println("Current Thread Interrupted!");
                            break;
                        }
                        try {
                            Thread.sleep(2000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            System.out.println("Interrupted When Sleep");
                            // 设置中断状态
                            Thread.currentThread().interrupt();
                        }
                        Thread.yield();
                    }
                }
            };
            t1.start();
            Thread.sleep(2000);
            t1.interrupt();
        }

上面的代码，可以看出在catch代码块中，捕获了中断，在这里可以立即退出线程。但并没有样做，因为还必须进行后续的处理来保证数据的一致性和完整性。因此执行了interrupt()方法将当前线程置上中断标记。这样再次循环时，检查中断状态的话还是中断的。

注意：sleep()方法由于中断而抛出异常，这时它会清除中断标记，如果不加处理，在下一次循环开始时就无法捕获这个中断，所以在异常处理中，再次设置中断标记位。

### 4，等待（wait）和通知（notify） ###

为了支持多线程间的协作，JDK提供了两个非常重要的接口线程：等待wait()方法和通知nofity()方法。这两个方法不在Thread类中，而是在Object类中。这样任何类都可以调用这两个方法。

public final void wait() throws InterruptedException {wait(0);}
    public final native void notify();

当一个对象实例上调用了obj.wait()方法后，当前线程就会在这个对象上等待。会一直等到其它线程调用了obj.notify()方法为止。这时，object对象俨然成了多个线程之间的有效通信手段。

如果一个线程调用了obj.wait()方法，它就会进入obj对象的等待队列。在这个等待队列中，可能会有多个线程，因为系统运行多个线程同时等待某一个对象。当obj.notify()方法被调用时，它就会从这个等待队列中随机选择一个线程，并将其唤醒。这里需要注意的是，这个选择是不公平的，并不是先等待的线程就会优先被选择，这个选择完全是随机的。

除了notify()方法外，Object对象还有一个类似的notifyAll()方法，它和notify()方法的功能基本一致，不同的是它会唤醒这个等待队列中所有等待的线程，而不是随机选择一个。

还需要强调一点，obj.wait()方法不能随便使用。它必须包含在对应的synchronized语句中，无论是wait()方法或notify()方法都需要首先获得目标对象的一个监视器。现有T1和T2两个线程，T1在正确执行wait()方法前，必须获得obj对象的监视器。而wait()方法在执行后，会释放这个监视器。这样做的目的是使其它等待在obj对象上的线程不至于因为T1的休眠而全部无法正常执行。

T2在调用notify()方法之前，也必须获得obj对象的监视器。所幸此时T1已经释放了这个监视器（执行notify()方法，肯定是已经执行了wait()方法），T2可以顺利的获得obj对象的监视器。接着T2执行notify()方法尝试唤醒一个等待线程，这里假设唤醒了线程T1。T1被唤醒后，做的第一件事并不是执行后续的代码，而是尝试重新获得obj对象的监视器，而这个监视器也正是T1在执行wait()方法前所持有的那个。如果暂时无法获得，则T1还必须要等待这个监视器。当监视器顺利获得后，T1才可以在真正意义上继续执行。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FpbnhpYW4yMDEyMA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FpbnhpYW4yMDEyMA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

上述代码，开启了T1和T2两个线程。T1线程在第14行执行了object.wait()方法。在执行wait()方法之前，T1先申请了object的对象锁。因此在执行object.wait()时，它是持有object的对象锁的。wait()方法执行后，T1会进行等待，并释放object的对象锁。T2在执行notify()方法之前会先获得object的对象锁。为了效果明显，特意在notify()方法执行后让T2休眠了2秒。这样可更明显的说明，T1在得到notify()方法通知后，还是会先尝试获得object的对象锁。打印结果如下：

![20190215113222937.png][]

在T2通知T1继续执行时（即打印“T2 end!”后），T1并不能立即继续执行，而是要等待T2释放object对象锁，并重新成功获得锁后才能继续执行（因为休眠了2秒）。

注意：Object.wait()方法和Thread.sleep()方法都可以让线程等待若干时间。除wait()方法可以被唤醒外，另一个主要区别就是wait()方法会释放目标对象的锁，而Thread.sleep()方法不会释放任何资源。

### 5，挂起（suspend）和继续执行（resume） ###

线程挂起（suspend）和继续执行（resume）这两个操作是一对相反的操作。被挂起的线程，必须要等到resmue()方法操作后，才能继续执行。但它已被标注为废弃方法，就是不推荐使用了。

不推荐使用suspend()方法去挂起线程是因为suspend()方法在导致线程暂停的同时，并不会释放任何资源。这样其它任何线程想要访问被它占用的锁时，都会被牵连，导致无法正常继续运行。直到对应的线程执行了resume()方法，被挂起的线程才能继续。从而其它所有阻塞在相关锁上的线程也可以继续执行。但是如果resume()方法操作意外地在suspend()方法前就执行了的话，那被挂起的线程可能很难有机会被继续执行。并且，更为严重的是它所占用的锁不会被释放，因此可能会导致整个系统工作不正常。而且，对于被挂起的线程，从它的线程状态上看，居然还是Runnable，这也会严重影响对系统当前状态的判断。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FpbnhpYW4yMDEyMA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FpbnhpYW4yMDEyMA_size_16_color_FFFFFF_t_70 6][]

上述代码，开启了t1和t2两个线程。它们会在第18行通过对象锁u实现对临界区的访问。两个线程启动后，在主函数第30和31两行对其进行resume()方法操作，目标是让它们得以继续运行，接着主函数等待两个线程的结束。执行结果如下：

![20190216155929761.png][]

表明两个线程先后进入临界区，但是程序并不会退出，而是会挂起。使用jstack命令打印系统的线程信息可以看到：

![20190216160631505.png][]

![2019021616064662.png][]

此时需要注意，在当前系统中，线程t2其实是被挂起的。但它的线程状态确实是RUNNABLE，这很可能造成误判当前系统的状态。同时，虽然主函数中已经调用了resume()方法，但由于时间先后顺序，那个resume并没有生效！这就导致了线程t2被永远挂起，并且永远占用了对象u的锁。这对系统来讲是致命的。

如果需要一个比较可靠的suspend()方法，该怎么办呢？上面提到的wait()方法和notify()方法，这也不是一件难事。下面的代码是通过wait()方法和notify()方法，在应用层实现suspend()方法和resume()方法功能的例子。

public class GoodSuspend {
    
        public static Object u = new Object();
    
    
        public static class ChangeObjectThread extends Thread {
            // 标记变量，表示当前线程是否被挂起
            volatile boolean suspendme = false;
    
            // 挂起线程
            public void suspendMe(){
                suspendme = true;
            }
    
            // 继续执行线程
            public void resumeMe(){
                suspendme = false;
                synchronized (this){
                    notify();
                }
            }
    
            @Override
            public void run(){
                while (true){
                    synchronized (this){
                        while (suspendme){
                            try {
                                wait();
                            }catch (InterruptedException e){
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                    }
                    synchronized (u){
                        System.out.println("in ChangeObjectThread");
                    }
                    Thread.yield();
                }
            }
        }
    
    
        public static class ReadObjectThread extends Thread{
            @Override
            public void run(){
                while (true){
                    synchronized (u){
                        System.out.println("in ReadObjectThread");
                    }
                    Thread.yield();
                }
            }
        }
    
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            ChangeObjectThread t1 = new ChangeObjectThread();
            ReadObjectThread t2 = new ReadObjectThread();
            t1.start();
            t2.start();
            Thread.sleep(1000);
            
            t1.suspendMe();
            System.out.println("suspend t1 2 sec");
            Thread.sleep(2000);
    
            System.out.println("resume t1");
            t1.resumeMe();
        }
    
    }

上述代码中，有一个代码段（如下）会先检查当前线程是否被挂起，如果是则执行wait()方法进行等待。否则进行正常处理。当线程继续执行时，resumeMe()方法被调用，线程t1得到一个继续执行的notify()方法通知，并且清除了挂起标记，从而得以正常执行。

synchronized (this){
                          while (suspendme){
                              try {
                                  wait();
                              }catch (InterruptedException e){
                                  e.printStackTrace();
                              }
                          }
                       }

### 6，等待线程结束（join）和谦让（yield） ###

在很多情况下，线程之间的协作和人与人之间的协作非常类似。一种非常常见的合作方式就是分工合作。在多线程应用中，很多时候，一个线程的输入可能非常依赖另一个或多个线程的输出，此时这个线程就需要等待依赖线程执行完毕，才能继续执行。JDK提供了join()操作来实现这个功能。如下所示，显示了三个join()方法：

![20190221174138350.png][]

*  第一个join()方法表示无限等待，它会一直阻塞当前线程，直到目标线程执行完毕。
 *  第二个方法给出了一个最大等待时间，如果超出设定时间，目标线程还在执行的话，当前线程也会因为等不及了而继续往下执行。

英文join翻译成中文就是加入的意思。一个线程要加入另外一个线程，最好的方法就是等着它一起走。

这里提供一个简单的join()方法实现以供参考：

public class JoinMain {
    
        public volatile static int i = 0;
    
        public static class AddThread extends Thread{
            @Override
            public void run(){
                for(i = 0; i < 10000000; i ++);
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            AddThread at = new AddThread();
            at.start();
            at.join();
            System.out.println(i);
        }
    
    }

在主函数main()中，如果不使用join()方法等待AddThread，那得到的i很可能是0或者一个非常小的数字。因为AddThread还没开始执行，i的值已经输出了。但在使用join()方法后，表示主线程愿意等待AddThread执行完毕，跟着AddThread一起往前走，所以在join()方法返回时，AddThread已经执行完成，因此i总是10000000.

有关join()方法，还要补充一点，join()方法的本质是调用线程wait()方法在当前线程对象实例上。下面是JDK中join()方法实现的核心代码片段：

public final synchronized void join(long millis)
        throws InterruptedException {
            long base = System.currentTimeMillis();
            long now = 0;
    
            if (millis < 0) {
                throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
            }
    
            if (millis == 0) {
                while (isAlive()) {
                    wait(0);
                }
            } else {
                while (isAlive()) {
                    long delay = millis - now;
                    if (delay <= 0) {
                        break;
                    }
                    wait(delay);
                    now = System.currentTimeMillis() - base;
                }
            }
        }

可以看到，它让调用线程在当前线程对象上进行等待。当线程执行完成后，被等待的线程会在退出当前调用notifyAll()方法通知所有的等待线程继续执行。因此值得注意的一点是：不要在应用程序中，在Thread对象实例上使用类似 wait()方法或notify()方法等，因为这很可能影响系统API的工作，或被系统API所影响。

另外一个比较有趣的方法是Thread的yield()，它的定义如下：

public static native void yield();

这是一个静态方法，一旦执行，它会使当前线程让出CPU。但要注意的是，让出CPU并不是表示当前线程不执行了。当前线程在让出CPU后，还会进行CPU资源的争夺，但是是否能够再次被分配就不一定了。因些对yield()方法的调用就好像是说：“我已经完成了一些最重要的工作了，我可以休息下了，可以给其他线程一些工作机会啦！”。

如果觉得一个线程不那么重要，或者优先级非常低，而且又害怕它会占用太多的CPU资源，那可以在适当的时候启用Thread.yield()方法，给予其它重要线程更多的工作机会。

注：以上内容参考《实战Java高并发程序设计（第2版）》。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FpbnhpYW4yMDEyMA_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220325/c7db7cf5f0894560969ea3d439f0b73e.png
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