java线程4

客官°小女子只卖身不卖艺 2023-10-09 11:21 7阅读 0赞

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> Java 多线程系列文章第 5 篇。

## 什么是线程 ##

试想一下没有线程的程序是怎么样的？百度网盘在上传文件时就无法下载文件了，得等文件上传完成后才能下载文件。这个我们现在看起来很反人性，因为我们习惯了一个程序同时可以进行运行多个功能，而这些都是线程的功劳。

之前的文章 [进程知多少][Link 1] 中讲到，为了实现多个程序并行执行，引入了进程概念。现在引入线程是为了让一个程序能够并发执行。

## 线程的组成 ##

**线程ID**：线程标识符。

**当前指令指针（PC）**：指向要执行的指令。

**寄存器集合**：存储单元寄存器的集合。

**堆栈**：暂时存放数据和地址，一般用来保护断点和现场。

## 线程与进程区别 ##

线程和进程之间的区别，我觉得可以用这个例子来看出两者的不同，进程就是一栋房子，房子住着 3 个人，线程就是住在房子里的人。进程是一个独立的个体，有自己的资源，线程是在进程里的，多个线程共享着进程的资源。

## 线程状态 ##

我们看到 Java 源代码里面，线程状态的枚举有如下 6 个。

public enum State {
    
     //新建状态
     NEW,
    
     //运行状态
     RUNNABLE,
    
     //阻塞状态
     BLOCKED,
    
     //等待状态
     WAITING,
    
     //等待状态（区别在于这个有等待的时间）
     TIMED_WAITING,
    
     //终止状态
     TERMINATED;
    }

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下面给这 6 个状态一一做下解释。

**NEW**：新建状态。在创建完 Thread ，还没执行 start() 之前，线程的状态一直是 NEW。可以说这个时候还没有真正的一个线程映射着，只是一个对象。

**RUNNABLE**：运行状态。线程对象调用 start() 之后，就进入 RUNNABLE 状态，该状态说明在 JVM 中有一个真实的线程存在。

**BLOCKED**：阻塞状态。线程在等待锁的释放，也就是等待获取 monitor 锁。

**WAITING**：等待状态。线程在这个状态的时候，不会被分配 CPU，而且需要被显示地唤醒，否则会一直等待下去。

**TIMED\_WAITING**：超时等待状态。这个状态的线程也一样不会被分配 CPU，但是它不会无限等待下去，有时间限制，时间一到就停止等待。

**TERMINATED**：终止状态。线程执行完成结束，但不代表这个对象已经没有了，对象可能还是存在的，只是线程不存在了。

线程既然有这么多个状态，那肯定就有状态机，也就是在什么情况下 A 状态会变成 B 状态。下面就来简单描述一下。

结合下图，我们 new 出线程类的时候，就是 `NEW` 状态，调用 **start()** 方法，就进入了 `RUNNABLE` 状态，这时如果触发等待，则进入了 `WAITING` 状态，如果触发超时等待，则进入 `TIMED_WAITING` 状态，当访问需要同步的资源时，则只有一个线程能访问，其他线程就进入 `BLOCKED` 状态，当线程执行完后，进入 `TERMINATED` 状态。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE2NDI2NjM_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
其实在 JVM 中，线程是有 9 个状态，如下所示，有兴趣的同学可以深入了解一下。

javaClasses.hpp
    enum ThreadStatus {
        NEW = 0,
        RUNNABLE = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // runnable / running
                                   JVMTI_THREAD_STATE_RUNNABLE,
        SLEEPING = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // Thread.sleep()
                                   JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +
                                   JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_WITH_TIMEOUT +
                                   JVMTI_THREAD_STATE_SLEEPING,
        IN_OBJECT_WAIT = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // Object.wait()
                                   JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +
                                   JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_INDEFINITELY +
                                   JVMTI_THREAD_STATE_IN_OBJECT_WAIT,
        IN_OBJECT_WAIT_TIMED = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // Object.wait(long)
                                   JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +
                                   JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_WITH_TIMEOUT +
                                   JVMTI_THREAD_STATE_IN_OBJECT_WAIT,
        PARKED = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // LockSupport.park()
                                   JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +
                                   JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_INDEFINITELY +
                                   JVMTI_THREAD_STATE_PARKED,
        PARKED_TIMED = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // LockSupport.park(long)
                                   JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +
                                   JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_WITH_TIMEOUT +
                                   JVMTI_THREAD_STATE_PARKED,
        BLOCKED_ON_MONITOR_ENTER = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // (re-)entering a synchronization block
                                   JVMTI_THREAD_STATE_BLOCKED_ON_MONITOR_ENTER,
        TERMINATED = JVMTI_THREAD_STATE_TERMINATED
    };

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## Java 线程实现 ##

下面讲一讲在 Java 中如何创建一个线程。众所周知，实现 Java 线程有 2 种方式：继承 Thread 类和实现 Runnable 接口。

### 继承 Thread 类 ###

继承 Thread 类，重写 `run()` 方法。

class MyThread extends Thread {
    
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("MyThread");
        }
    
    }

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### 实现 Runnable 接口 ###

实现 Runnable 接口，实现 `run()` 方法。

class MyRunnable implements Runnable {
    
        public void run() {
            System.out.println("MyRunnable");
        }
    
    }

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这 2 种线程的启动方式也不一样。`MyThread` 是一个线程类，所以可以直接 `new` 出一个对象出来，接着调用 `start()` 方法来启动线程；而 `MyRunnable` 只是一个普通的类，需要 `new` 出线程基类 `Thread` 对象，将 `MyRunnable` 对象传进去。

下面是启动线程的方式。

public class ThreadImpl {
    
        public static void main(String[] args) {
            MyThread myThread = new MyThread();
            Thread myRunnable = new Thread(new MyRunnable());
            System.out.println("main Thread begin");
            myThread.start();
            myRunnable.start();
            System.out.println("main Thread end");
        }
    
    }

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打印结果如下：

main Thread begin
    main Thread end
    MyThread
    MyRunnable

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看这结果，不像咱们之前的串行执行依次打印，主线程不会等待子线程执行完。

**敲重点**：不能直接调用 `run()`，直接调用 `run()` 不会创建线程，而是主线程直接执行 `run()` 的内容，相当于执行普通函数。这时就是串行执行的。看下面代码。

public class ThreadImpl {
    
        public static void main(String[] args) {
            MyThread myThread = new MyThread();
            Thread myRunnable = new Thread(new MyRunnable());
            System.out.println("main Thread begin");
            myThread.run();
            myRunnable.run();
            System.out.println("main Thread end");
        }
    
    }

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打印结果：

main Thread begin
    MyThread
    MyRunnable
    main Thread end

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从结果看出只是串行的，但看不出没有线程，我们看下面例子来验证直接调用 `run()` 方法没有创建新的线程，使用 **VisualVM** 工具来观察线程情况。

我们对代码做一下修改，加上 `Thread.sleep(1000000)` 让它睡眠一段时间，这样方便用工具查看线程情况。

调用 `run()` 的代码：

public class ThreadImpl {
    
        public static void main(String[] args) {
            MyThread myThread = new MyThread();
            myThread.setName("MyThread");
            Thread myRunnable = new Thread(new MyRunnable());
            myRunnable.setName("MyRunnable");
            System.out.println("main Thread begin");
            myThread.run();
            myRunnable.run();
            System.out.println("main Thread end");
            try {
                Thread.sleep(1000000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    }
    
    class MyThread extends Thread {
    
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("MyThread");
            try {
                Thread.sleep(1000000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    }
    
    class MyRunnable implements Runnable {
    
        public void run() {
            System.out.println("MyRunnable");
            try {
                Thread.sleep(1000000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    }

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运行结果：

main Thread begin
    MyThread

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![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE2NDI2NjM_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
只打印出 2 句日志，观察线程时也只看到 `main` 线程，没有看到 `MyThread` 和 `MyRunnable` 线程，印证了上面咱们说的：**直接调用 `run()` 方法，没有创建线程**。

下面我们来看看有  
调用 `start()` 的代码：

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main Thread begin
    main Thread end
    MyThread
    MyRunnable

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![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE2NDI2NjM_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
所有日志都打印出来了，并且通过 **VisualVM** 工具可以看到 `MyThread` 和 `MyRunnable` 线程。看到了这个结果，切记创建线程要调用 `start()` 方法。

今天就先讲到这，继续关注后面的内容。

`推荐阅读`

[线程最最基础的知识][Link 2]

[老板叫你别阻塞了][Link 3]

[吃个快餐都能学到串行、并行、并发][Link 4]

[泡一杯茶，学一学同异步][Link 5]

[进程知多少？][Link 6]

[设计模式看了又忘，忘了又看？][Link 7]

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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE2NDI2NjM_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/20190919082609952.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE2NDI2NjM=,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE2NDI2NjM_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: https://img-blog.csdnimg.cn/20190919082622743.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE2NDI2NjM=,size_16,color_FFFFFF,t_70
[Link 2]: https://mp.weixin.qq.com/s/NSlEeXMK22-clfDv44h60w
[Link 3]: https://mp.weixin.qq.com/s/cIj_uzT6gZjROO44rNFHFQ
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[Link 6]: https://mp.weixin.qq.com/s/HJIVxnzyDesYPGGyJsaFyQ
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[20190919082646977.jpg]: https://img-blog.csdnimg.cn/20190919082646977.jpg