【Java核心知识】线程基础知识

左手的ㄟ右手 2024-03-26 22:47 20阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  线程
 *   *  线程与进程的区别
     *  创建线程的方法
     *   *  方法一：继承Thread类
         *  方法二：实现Runnable接口
         *  方法三：使用Callable和FutureTask创建带返回值的线程
         *  方法四：通过线程池创建线程
     *  线程的基本操作
     *   *  线程的状态
         *  守护线程

## 线程 ##

### 线程与进程的区别 ###

一个进程由`程序段`、`数据段`和`进程控制块`三部分组成。`程序段`也称为代码段，是进程的程序指令；数据段是进程的操作数据在内存中的位置；`进程控制端(PCB)`包含进程的`描述信息`（如进程ID和进程名称，进程状态。进程优先级）、`控制信息`（如程序起始地址）、`资源信息`（内存信息，设备信息，文件句柄）、`进程上下文`（CPU寄存器的值、程序计数器PC的值），是进程存在的`唯一标识`。

各个进程之间不共享内存，但是线程之间会共享进程的方法区内存空间、堆内存、系统资源。

`进程`是操作系统分配资源的最小单位，`线程`是`CPU`调度的最小单位。

每一个线程都有自己独立的`栈内存`，`JDK1.8`默认是`1MB`，`栈内存`和堆内存是不一样的，栈内存不会被`GC回收`。栈内存分配的基本单位是`栈帧`，线程每进入一个方法，就会分配一个栈帧，栈帧保存着方法中的`局部变量、方法的返回值以及方法的其他信息`。当方法退出后，栈内存就会弹出该栈帧，进而释放内存空间。

### 创建线程的方法 ###

#### 方法一：继承Thread类 ####

*  继承Thread类，创建一个新的线程类，同时重写run方法。
 *  实例化该类，调用start方法启动线程

public class MyThread extends Thread{
        
        //线程的编号
        static int threadNo = 1;
    
        public MyThread() {
        
            super("DemoThread-" + threadNo++);
        }
    
        public void run() {
        
            for (int i = 1; i < 2; i++) {
        
                System.out.println(getName() + "轮次" + i);
            }
            System.out.println(getName() + "运行结束");
        }
    }

@Test
    public void testCreateThread() throws InterruptedException {
        
        Thread thread = null;
        //方法一：使用Thread子类创建和启动线程
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
        
            thread = new MyThread();
            thread.start();
        }
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 运行结束.");
    }

#### 方法二：实现Runnable接口 ####

*  新建类实现Runnable接口
 *  将实现Runnable接口的类传入Thread类中，作为Thread类的目标方法

public class Thread2 implements Runnable{
        
        @Override
        public void run() {
        
            System.out.println("我是通过实现Runnable接口创建的线程");
        }
    }

@Test
    public void testThread2() throws InterruptedException {
        
        Thread thread = new Thread(new Thread2(), "线程2");
        thread.start();
        Thread.sleep(1000);
    }

或者可以直接传入Runnable接口`匿名实现类`，还可以使用`lambda表达式`

@Test
    public void testThread2() throws InterruptedException {
        
        // Thread thread = new Thread(new Thread2(), "线程2");
        // 使用lambda表达式
        // Thread thread = new Thread(() -> System.out.println("我是匿名实现类"));
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
        
            @Override
            public void run() {
        
                System.out.println("我是匿名实现类");
            }
        });
        thread.start();
        Thread.sleep(1000);
    }

> 如果使用第一种方法创建线程，创建线程时需要new Thread，如果采用继承方法，那么每个线程的数量都是各自享有的，不能共同合作；如果采用实现Runnable接口，创建线程时，可以多个线程共享一个Runnable接口实例，从而多个线程共享数据，相互合作。

实现Runnable接口的方法本质上是Thread的run方法源码会判断自己的`target域是否为null`，如果不为空，则执行`target.run()方`法，而target域就是我们传入的`Runnable接口实例`。

#### 方法三：使用Callable和FutureTask创建带返回值的线程 ####

前面实现`Runnable接口不能有返回值`，如果新的线程需要有返回值，需要实现`Callable接口`。但是Callable接口跟Runnable接口没什么关系，所以不能作为`new Thread(Runnable run)`的传入参数。所以为了`桥接Callable接口和Runnable接口`，定义了一个新的接口`RunnableFuture接`口，该接口继承了`Runnable接口`使其可以作为Thread类的传入参数）和`Future<>接口`（1、取消异步任务，2、判断任务是否执行完毕，3、返回异步任务执行结果）。

`FutureTask`类实现了`RunnableFuture`接口，可以作为Thread的传入参数，同时他又拥有一个`callable`实例，用来执行任务。`FutureTask`内部还有另一个非常重要的Object 类型的成员——outcome实例属性，用来保存返回结果。

所以整个执行流程为：

*  首先为了声明一个异步任务，我们需要实现`Callable`接口的`call`方法，这是第一步，声明了任务。
 *  可是如何新建线程执行该任务呢？`Callable`接口实现类并不能作为Thread的target；于是我们把实现Callable接口的任务类传递给了`FutureTask`类，`FutureTask`实现了`RunnableFuture`接口，该接口继承了Runnable和Future接口，可以作为Thread类的target。

从直觉上讲，`Runnable`和`Callable`接口的地位一致，`Future`接口是为了管理`Callable`接口返回值锁增加的功能增强接口，它们两个总是成对出现。关系如下：

![在这里插入图片描述][4c8b0518f5c541edad6407a259d04a79.png]

@Test
    public void testThread3() throws ExecutionException, InterruptedException {
        
        // 将Callable接口实例传入FutureTask类
        FutureTask<Long> futureTask = new FutureTask<>(() -> {
        
            long startTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 线程运行开始.");
            Thread.sleep(1000);
            for (int i = 0; i < 200; i++) {
        
                int j = i * 10000;
            }
            long used = System.currentTimeMillis() - startTime;
            return used;
        });
        Thread thread = new Thread(futureTask);
        thread.start();
        // 等子线程执行完毕后返回
        Long res = futureTask.get();
        System.out.println(res);
    }

> 如果子线程没执行完毕，主线程就调用get()函数获取执行结果，那么主线程会阻塞直到子线程执行完毕

#### 方法四：通过线程池创建线程 ####

可以将一个`Runnable接口匿名类`或者一个`Callable接口匿名类`提交给`线程池对象`来创建线程。

线程池对象由线程池工厂创建。

*  execute方法不带返回值
 *  submit方法带返回值：可以看到`submit()`方法只需要传入`Callable`接口，不需要创建`FutureTask`对象，这是因为`submit`方法内部会创建`FutureTask`对象。

@Test
    public void testExecutor() throws ExecutionException, InterruptedException {
        
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        // 通过execute方法向线程池提交一个runnable接口匿名类，不带返回值
        executorService.execute(() -> {
        
            System.out.println("我是Runnable接口线程");
        });
        Future<Integer> future = executorService.submit(() -> {
        
            System.out.println("我是Callable或者Runnable接口线程");
            return 2;
        });
        // 获取返回结果
        System.out.println(future.get());
    }

### 线程的基本操作 ###

*  `Thread.sleep()`：使线程睡眠，从运行态转为阻塞态
 *  `Thread.interrupt()`：将线程的interrupt标志设为true，可以通过`isInterrupt()`方法判断是否中断。`interrupt()`方法只是会改变线程中断状态，不会真正中断一个线程，仍需要用户调用`isInterrupted()`方法进行监控后处理。
 *  `Thread.join()`:join()方法是实例方法，需要使用被合并线程的句柄（或者指针、变量）去调用, 主线程必须等待被合并线程执行完毕后才能继续执行
 *  `Thread.yield()`：让线程由运行态转为就绪状态，并不会阻塞该线程

#### 线程的状态 ####

*  新建：新建状态
 *  就绪：等待线程调度
 *  运行：运行中
 *  阻塞：不满足某种条件，被挂起
 *  结束：线程结束

#### 守护线程 ####

*  守护线程必须在调用start方法前设置
 *  当main函数退出后，守护线程也会退出。如果JVM进程终止，守护线程也会被强制关闭
 *  守护线程创建的线程也是守护线程

[4c8b0518f5c541edad6407a259d04a79.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/4d01ffd6ca694f84a7f37d718d091eaa.png