Java Thread类里的方法——start()\interrupt()\join()等

01 Feb 2020 - 4 minute read

Java线程

启动线程

方法1， 直接使用Thread

// 创建线程对象
Thread t = new Thread() {
 public void run() {
 // 要执行的任务
 }
};
// 启动线程
t.start();

方法2，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）
Runnable runnable = new Runnable() {
 public void run(){
 // 要执行的任务
 }
};
// 创建线程对象
Thread t = new Thread( runnable );
// 启动线程
t.start();
  • 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3，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

// 创建任务对象
FutureTask<Integer> task3 = new FutureTask<>(() -> {
 log.debug("hello");
 return 100;
});
// 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐
new Thread(task3, "t3").start();
// 主线程阻塞，同步等待 task 执行完毕的结果
Integer result = task3.get();
log.debug("结果是:{}", result);

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

常见方法

方法名 功能 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()/join(long n) 等待线程运行结 束  
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
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
interrupted() 判断当前线程是 否被打断 会清除 打断标记
sleep(long n) 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() 提示线程调度器 让出当前线程对 CPU的使用  

start和run

启动一个新的线程要使用start而不是run，做一个小实验，分别调用线程的run和start来观察输出结果。

public static void main(String[] args) {
 Thread t1 = new Thread("t1") {
 @Override
 public void run() {
 log.debug(Thread.currentThread().getName());
 FileReader.read(Constants.MP4_FULL_PATH);
 }
 };
 t1.run();
 log.debug("do other things ...");
}

输出：

19:39:14 [main] c.TestStart - main
19:39:14 [main] c.FileReader - read [1.mp4] start ...
19:39:18 [main] c.FileReader - read [1.mp4] end ... cost: 4227 ms
19:39:18 [main] c.TestStart - do other things ...

程序仍在main，FileReader.read()方法调用还是同步的，然后我们把t1.run()改成：

t1.start();

输出结果：

19:41:30 [main] c.TestStart - do other things ...
19:41:30 [t1] c.TestStart - t1
19:41:30 [t1] c.FileReader - read [1.mp4] start ...
19:41:35 [t1] c.FileReader - read [1.mp4] end ... cost: 4542 ms
  • 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

sleep：

  1. 调用 sleep 会让当前线程从 Running 进入 Timed Waiting 状态（阻塞）
  2. 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
  3. 睡眠结束后的线程未必会立刻得到执行
  4. 建议用 TimeUnit 的 sleep 代替 Thread 的 sleep 来获得更好的可读性

yield

  1. 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
  2. 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

join()

在下面这个程序中如果要结果打印出来会是多少，因为t1休眠了1秒，而主线程是直接运行的，所以在打印的时候r的值还不会被改成10.

static int r = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 test1();
}
private static void test1() throws InterruptedException {
 Thread t1 = new Thread(() -> {
 sleep(1);
 r = 10;
 });
 t1.start();
 log.debug("结果为:{}", r);
}

在t1.start()后面使用t1.join()，r的值就会输入10了。

interrupt()

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，
private static void test1() throws InterruptedException {
	Thread t1 = new Thread(()->{
 	sleep(1);
 	}, "t1");
 	t1.start();
 	sleep(0.5);
 	t1.interrupt();
 	log.debug(" 打断状态: {}", t1.isInterrupted());
}

输出：

java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
 ...
21:18:10.374 [main] c.TestInterrupt - 打断状态: false
打断正常运行的线程，不会清空打断状态
private static void test2() throws InterruptedException {
 	Thread t2 = new Thread(()->{
 		while(true) {
 		Thread current = Thread.currentThread();
 		boolean interrupted = current.isInterrupted();
 		if(interrupted) {
 			log.debug(" 打断状态: {}", interrupted);
 			break;
 			}
 		}
 	}, "t2");
 	t2.start();
 	sleep(0.5);
 	t2.interrupt();
}

输出:

20:57:37.964 [t2] c.TestInterrupt - 打断状态: true
打断park线程，不会清空状态
private static void test3() throws InterruptedException {
 	Thread t1 = new Thread(() -> {
 		log.debug("park...");
 		LockSupport.park();
 		log.debug("unpark...");
 		log.debug("打断状态：{}", Thread.currentThread().isInterrupted());
 	}, "t1");
 	t1.start();
 	sleep(0.5);
 	t1.interrupt();
}

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.

private static void test4() {
 	Thread t1 = new Thread(() -> {
 		for (int i = 0; i < 5; i++) {
 			log.debug("park...");
        	LockSupport.park();
 			log.debug("打断状态：{}", Thread.currentThread().isInterrupted());
 		}
 	});
 	t1.start();
	 sleep(1);
 	t1.interrupt();
}

输出：只有第一次进行了一秒钟

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

可以使用Thread.interrupted()来清除打断状态

两阶段终止模式Two Phase Termination

在一个线程 T1 中如何“优雅”终止线程 T2？这里的【优雅】指的是给 T2 一个料理后事的机会。

不优雅的方式：

  • 使用线程对象的 stop() 方法停止线程
    • stop 方法会真正杀死线程，如果这时线程锁住了共享资源，那么当它被杀死后就再也没有机会释放锁， 其它线程将永远无法获取锁
  • 使用System.exit(int) 方法停止线程
    • 目的仅是停止一个线程，但这种做法会让整个程序都停止

例子，业务需要一个监控线程来监控程序，如果被打断需要料理后事。

image-20210121145326004

利用isInterrupted()打断sleep线程

interrupt 可以打断正在执行的线程，无论这个线程是在 sleep，wait，还是正常运行

class TPTInterrupt {
 	private Thread thread;
	public void start(){
 	thread = new Thread(() -> {
		while(true) {
 			Thread current = Thread.currentThread();
 			if(current.isInterrupted()) {
 				log.debug("料理后事");
 				break;
 			}
 			try {
 				Thread.sleep(1000);
 				log.debug("将结果保存");
 			} catch (InterruptedException e) {
 				current.interrupt();
    			}
            // 执行监控操作
        	}
    	}, "监控线程");
        thread.start();
    }
    public void stop() {
        thread.interrupt();
    }
}

调用

TPTInterrupt t = new TPTInterrupt();
t.start();
Thread.sleep(3500);
log.debug("stop");
t.stop();

输出

11:49:42.915 c.TwoPhaseTermination [监控线程] - 将结果保存
11:49:43.919 c.TwoPhaseTermination [监控线程] - 将结果保存
11:49:44.919 c.TwoPhaseTermination [监控线程] - 将结果保存
11:49:45.413 c.TestTwoPhaseTermination [main] - stop
11:49:45.413 c.TwoPhaseTermination [监控线程] - 料理后事

利用停止标记

class TPTInterrupt {
 	private Thread thread;
    private volatile boolean stop = false;
	public void start(){
 	thread = new Thread(() -> {
		while(true) {
 			Thread current = Thread.currentThread();
 			if(stop) {
 				log.debug("料理后事");
 				break;
 			}
 			try {
 				Thread.sleep(1000);
 				log.debug("将结果保存");
 			} catch (InterruptedException e) {
                stop = true;
    			}
            // 执行监控操作
        	}
    	}, "监控线程");
        thread.start();
    }
    public void stop() {
        stop = true;
        thread.interrupt();
    }
}

调用

TPTVolatile t = new TPTVolatile();
t.start();
Thread.sleep(3500);
log.debug("stop");
t.stop();

输出

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

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Java   concurrent

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