【Java并发编程】深入分析Thread(七)

时间：2020-12-29 17:37:14

一、线程

   1.1什么是线程？

     线程，有时被称为轻量级进程(Lightweight Process，LWP），是程序执行流的最小单元。一个标准的线程由线程ID，当前指令指针(PC），寄存器集合和堆栈组成。另外，线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点儿在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。由于线程之间的相互制约，致使线程在运行中呈现出间断性。线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态。就绪状态是指线程具备运行的所有条件，逻辑上可以运行，在等待处理机；运行状态是指线程占有处理机正在运行；阻塞状态是指线程在等待一个事件（如某个信号量），逻辑上不可执行。每一个程序都至少有一个线程，若程序只有一个线程，那就是程序本身。
   线程是程序中一个单一的顺序控制流程。进程内一个相对独立的、可调度的执行单元，是系统独立调度和分派CPU的基本单位指运行中的程序的调度单位。在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作，称为多线程。       以上摘自－－－百度百科。

   1.2 什么是线程安全性？

    如果一个类可以安全地被多个线程使用，它就是线程安全的。你无法对此论述提出任何争议，但也无法从中得到更多有意义的帮助。那么我们如何辨别线程安全与非线程安全的类？我们甚至又该如何理解“安全”呢？任何一个合理的“线程安全性”定义，其关键在于“正确性”的概念。在<<JAVA并发编程实践>>书中作者是这样定义的：一个类是是线程安全的，是指在被多个线程访问时，类可以持续进行正确的行为。或当多个线程访问一个类时，如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替执行，并且不需要额外的同步及在调用方代码不必作其他的协调，这个类的行为仍然是正确的，那么称这个类是线程安全的。

   1.3 线程的六种状态

 线程从创建到销毁期间有六种状态：

  • New： 至今尚未启动的线程的状态。 
  • Runnable ：可运行线程的线程状态。
  • Blocked ：受阻塞并且正在等待监视器锁的某一线程的线程状态。
  • Waiting ：某一等待线程的线程状态。
  • Timed_waiting：具有指定等待时间的某一等待线程的线程状态。
  • Terminated：已终止线程的线程状态。线程已经结束执行。
  • 如下图所示：
【Java并发编程】深入分析Thread(七)

二、Thread类

   2.1 属性

//线程名字，通过构造参数来指定
private char        name[];
//表示线程的优先级,优先级越高，越优先被执行（最大值为10，最小值为1，默认值为5）
private int         priority;

private Thread      threadQ;
private long        eetop;

/* Whether or not to single_step this thread. */
private boolean     single_step;

//线程是否是守护线程:当所有非守护进程结束或死亡后，程序将停止 
private boolean     daemon = false;

/* JVM state */
private boolean     stillborn = false;

//将要执行的任务
private Runnable target;

/* 线程组表示一个线程的集合。此外，线程组也可以包含其他线程组。线程组构成一棵树，在树中，除了初始线程组外，每个线程组都有一个父线程组。  */
private ThreadGroup group;

/* The context ClassLoader for this thread */
private ClassLoader contextClassLoader;

/* The inherited AccessControlContext of this thread */
private AccessControlContext inheritedAccessControlContext;

/*第几个线程，在init初始化线程的时候用来赋给thread.name */  
private static int threadInitNumber;
private static synchronized int nextThreadNum() {
    return threadInitNumber++;
}

/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
 * by the ThreadLocal class. */
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

/*
 * InheritableThreadLocal values pertaining to this thread. This map is
 * maintained by the InheritableThreadLocal class.
 */
ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;

/*
 * The requested stack size for this thread, or 0 if the creator did
 * not specify a stack size.  It is up to the VM to do whatever it
 * likes with this number; some VMs will ignore it.
 */
private long stackSize;

/*
 * JVM-private state that persists after native thread termination.
 */
private long nativeParkEventPointer;

/*
 * Thread ID
 */
private long tid;

/* For generating thread ID */
private static long threadSeqNumber;

/*
 *线程从创建到最终的消亡，要经历若干个状态。
 *一般来说，线程包括以下这几个状态：创建(new)、就绪(runnable)、运行(running)、阻塞(blocked)、time waiting、waiting、消亡（dead）。
 * 
 */
private volatile int threadStatus = 0;

   2.3 start()操作

//启动新创建的线程
public synchronized void start() {
    /**
     * This method is not invoked for the main method thread or "system"
     * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
     * to this method in the future may have to also be added to the VM.
     *
     * A zero status value corresponds to state "NEW".
     */
/*这个方法不会被主线程调用或通过虚拟机系统线程组创建起来。未来任何添加到该方法里的新功能可能需要加入到虚拟机中
 * 
 * 状态new的值是0.
 * */
    if (threadStatus != 0)
        throw new IllegalThreadStateException();

    /* Notify the group that this thread is about to be started
     * so that it can be added to the group's list of threads
     * and the group's unstarted count can be decremented. */
    /* 通知线程组新线程将要启动，以便它可以添加到线程组列表并且线程组没有开始计数*/
    group.add(this);

    boolean started = false;
    try {
        start0();
        started = true;
    } finally {
        try {
            if (!started) {
                group.threadStartFailed(this);
            }
        } catch (Throwable ignore) {
            /* do nothing. If start0 threw a Throwable then
              it will be passed up the call stack */
        }
    }
}

   2.3 run()操作

public void run() {
       if (target != null) {
            target.run();
       }
 }

   2.4 start()和run()之间有什么区别？

   2.4.1 代码示例：run()方法使用

package com.game.thread;

/**
 * 
 * @author liulongling
 *
 */
public class ThreadTest extends Thread{

public ThreadTest(String name) {
super.setName(name);
}

@Override
public void run() {
for(int i = 0; i < 5;i++)
{
System.out.println(super.getName()+"："+i);
}
}

public static void main(String[] args) {
ThreadTest test = new ThreadTest("A");
ThreadTest test1 = new ThreadTest("B");

test.run();
test1.run();

if(Thread.activeCount()>=1)
{
Thread.yield();
}
}
}
控制台：
+------------------------------------------------------------------+
A：0
A：1
A：2
A：3
A：4
B：0
B：1
B：2
B：3
B：4
+------------------------------------------------------------------+

   2.4.2 代码示例：start()方法使用

package com.game.thread;

/**
 * 
 * @author liulongling
 *
 */
public class ThreadTest extends Thread{

public ThreadTest(String name) {
super.setName(name);
}

@Override
public void run() {
for(int i = 0; i < 5;i++)
{
System.out.println(super.getName()+"："+i);
}
}

public static void main(String[] args) {
ThreadTest test = new ThreadTest("A");
ThreadTest test1 = new ThreadTest("B");

test.start();
test1.start();

if(Thread.activeCount()>=1)
{
Thread.yield();
}
}
}
控制台：
+------------------------------------------------------------------+
B：0
A：0
B：1
A：1
B：2
A：2
B：3
A：3
B：4
A：4
+------------------------------------------------------------------+

   2.4.3 结果分析

   以上结果可以发现run()和单线程一样每次只能执行一个线程，而start()不一样有多个线程交叉执行着。我们知道start()方法被用来启动新创建的线程，而且start()内部通过本地系统调用了run()方法，这和直接调用run()方法的效果不一样。当你调用run()方法的时候，只会是在原来的线程中调用，没有新的线程启动，start()方法会启动新的线程，其中多个线程在CPU中是支持并发执行的。那么有没有什么方法可以让A线程优先执行呢？

   2.5 setPriority()操作

 public final void setPriority(int newPriority) {
        ThreadGroup g;
        checkAccess();
        if (newPriority > MAX_PRIORITY || newPriority < MIN_PRIORITY) {
            throw new IllegalArgumentException();
        }
        if((g = getThreadGroup()) != null) {
            if (newPriority > g.getMaxPriority()) {
                newPriority = g.getMaxPriority();
            }
            setPriority0(priority = newPriority);
        }
    }
 private native void setPriority0(int newPriority);
   setPriority使用了native关键字，在Java API中，一个native方法意味着这个方法没有使用Java语言实现，只能通过代码示例去分析它的原理。在代码中将线程A的执行优先级设置为最高，同时线程B的优先级设置为最低，那么预期的结果应该是线程A先执行完后再执行线程B，代码如下：
 
package com.game.thread;

/**
 * 
 * @author liulongling
 *
 */
public class ThreadTest extends Thread{

public ThreadTest(String name) {
super.setName(name);
}

@Override
public void run() {
for(int i = 0; i < 5;i++)
{
System.out.println(super.getName()+"："+i);
}
}

public static void main(String[] args) {
ThreadTest test = new ThreadTest("A");
ThreadTest test1 = new ThreadTest("B");
//MAX_PRIORITY是最高优先级
test.setPriority(MAX_PRIORITY);

test.setPriority(MIN_PRIORITY);
test.start();
test1.start();

if(Thread.activeCount()>=1)
{
Thread.yield();
}
}
}
控制台：
+------------------------------------------------------------------+
A：0
A：1
A：2
A：3
A：4
B：0
B：1
B：2
B：3
B：4
+------------------------------------------------------------------+

   2.5 sleep(long millis)操作

public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;

  sleep也是使用了native关键字，调用了底层方法。sleep是指线程被调用时，占着CPU不工作，形象地说明为“占着CPU睡觉”，此时，系统的CPU部分资源被占用，其他线程无法进入。多线程下使用时需要注意的是sleep方法不会释放锁。比如：线程A和线程B执行一段加锁代码，线程A先进去，线程B在外面等待，其中代码程序有sleep方法让线程休眠，休眠后锁并不会被释放，线程B也只能继续在外面等待直到休眠时间结束。代码如下：

package com.game.thread;

import java.io.IOException;

/**
 * 
 * @author liulongling
 *
 */
public class ThreadTest{

    private int i = 10;
    private Object object = new Object();

    MyThread thread1 = new MyThread("A");
    MyThread thread2 = new MyThread("B");

    public static void main(String[] args) throws IOException  {
    ThreadTest test = new ThreadTest();
    test.thread1.start();
    test.thread2.start();
    } 


    class MyThread extends Thread{
    public MyThread(String name) {
    super.setName(name);
}
        @Override
        public void run() {
            synchronized (object) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i++);
                try {
                    System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"进入睡眠状态");
                    Thread.currentThread().sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO: handle exception
                }
                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"被唤醒");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
            }
        }
    }
}

控制台：
+------------------------------------------------------------------+
A:10
线程A进入睡眠状态
线程A被唤醒
A:11
B:11
线程B进入睡眠状态
线程B被唤醒
B:12
+------------------------------------------------------------------+

   2.6 yield()操作

   调用yield方法会让当前线程交出CPU权限，让CPU去执行其他的线程。它跟sleep方法类似，同样不会释放锁。但是yield不能控制具体的交出CPU的时间，另外，yield方法只能让拥有相同优先级的线程有获取CPU执行时间的机会。

　注意，调用yield方法并不会让线程进入阻塞状态，而是让线程重回就绪状态，它只需要等待重新获取CPU执行时间，这一点是和sleep方法不一样的。

   2.7 isAlive()    

    /**
     * Tests if this thread is alive. A thread is alive if it has
     * been started and has not yet died.
     *
     * @return  <code>true</code> if this thread is alive;
     *          <code>false</code> otherwise.
     */
    public final native boolean isAlive();
  表示线程当前是否为可用状态，如果线程已经启动，并且当前没有任何异常的话，则返回true，否则为false

   2.8 join()操作

  join有3个重载方法：

   2.8.1 join() 

//立即阻塞调用线程，直到该线程执行结束
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) {
//线程状态正常
while (isAlive()) {
wait(0);
}
} else {
while (isAlive()) {
long delay = millis - now;
if (delay <= 0) {
break;
}
wait(delay);
now = System.currentTimeMillis() - base;
}
}
}

package com.game.thread;

import java.io.IOException;

/**
 * 
 * @author liulongling
 *
 */
public class ThreadTest{

private int i = 10;
private Object object = new Object();

MyThread thread1 = new MyThread("A");
MyThread thread2 = new MyThread("B");

public static void main(String[] args) throws IOException  {
ThreadTest test = new ThreadTest();
test.thread1.start();
System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"等待");
try {
test.thread1.join();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行");
for (int j = 0; j < 5; j++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + j);
}
} 


class MyThread extends Thread{
public MyThread(String name) {
super.setName(name);
}
@Override
public void run() {
synchronized (object) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i++);
try {
System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"进入睡眠状态");
Thread.currentThread().sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO: handle exception
}
System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"被唤醒");
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}
}
控制台：
+------------------------------------------------------------------+
线程main等待
A:10
线程A进入睡眠状态
线程A被唤醒
A:11
线程main执行
main:0
main:1
main:2
main:3
main:4

   MSDN上解释join无参方法其作用为：阻塞 “调用线程” 直到某个线程结束。从上面结果可以分析出，A线程其实在main线程上运行，我们可以说main线程调用了A线程或称main线程为“调用线程”，A线程调用join()方法后将调用线程阻塞直到A线程结束后控制台才输出来main:0...。我们去掉join方法看下控制台输出结果。
 
控制台：
+------------------------------------------------------------------+
main:0
main:1
A:10
main:2
线程A进入睡眠状态
main:3
main:4
线程A被唤醒
A:11
+------------------------------------------------------------------+

   2.8.2 join(long millis)

  join(long millis)的参数作用是指定“调用线程”的最大阻塞时间。代码如下：

package com.game.thread;

import java.io.IOException;

/**
 * 
 * @author liulongling
 *
 */
public class ThreadTest{

private int i = 10;
private Object object = new Object();

MyThread thread1 = new MyThread("A");
MyThread thread2 = new MyThread("B");

public static void main(String[] args) throws IOException  {
ThreadTest test = new ThreadTest();
test.thread1.start();
System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"等待");
try {
test.thread1.join(500);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行");
for (int j = 0; j < 5; j++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + j);
}
} 


class MyThread extends Thread{
public MyThread(String name) {
super.setName(name);
}
@Override
public void run() {
synchronized (object) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i++);
try {
System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"进入睡眠状态");
Thread.currentThread().sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO: handle exception
}
System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"被唤醒");
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}
}

线程main等待
A:10
线程A进入睡眠状态
线程main执行
main:0
main:1
main:2
main:3
main:4
线程A被唤醒
A:11
+------------------------------------------------------------------+
  从上面结果可以分析出，在A线程还未结束，主线程已经开始执行。原因是我们给主线程设置的阻塞时间是500ms，小于A线程run()方法里的1000ms休眠时间。

   2.8.3 join(long millis, int nanos)

  阻塞调用线程的时间最长为 millis 毫秒 + nanos 纳秒...这里就不举例说明了，原理和上一个方法一样。

   2.9 interrupt()操作

  interrupt的作用是中断正被阻塞的线程，比如我给某一线程休眠了10s时间，如果我在这个线程上调用了interrupt方法，看看会有什么效果。代码如下：

package com.game.thread;

import java.io.IOException;

/**
 * 
 * @author liulongling
 *
 */
public class ThreadTest{

private int i = 10;
private Object object = new Object();

MyThread thread1 = new MyThread("A");
MyThread thread2 = new MyThread("B");

public static void main(String[] args) throws IOException  {
ThreadTest test = new ThreadTest();
test.thread1.start();
test.thread1.interrupt();
} 


class MyThread extends Thread{
public MyThread(String name) {
super.setName(name);
}
@Override
public void run() {
synchronized (object) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i++);
try {
System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"进入睡眠状态");
Thread.currentThread().sleep(10000);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("你被中断了");
}
System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"被唤醒");
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
}
}
}
}
控制台：
+------------------------------------------------------------------+
A:10
线程A进入睡眠状态
你被中断了
线程A被唤醒
A:11
+------------------------------------------------------------------+

 使用了 interrupt的结果是在休眠代码处抛出一个异常，并且阻塞马上停止了。

   3.0 setDaemon()操作

  用来设置线程是否成为守护线程和判断线程是否是守护线程。
  守护线程和用户线程的区别在于：守护线程依赖于创建它的线程，而用户线程则不依赖。举个简单的例子：如果在main线程中创建了一个守护线程，当main方法运行完毕之后，守护线程也会随着消亡。而用户线程则不会，用户线程会一直运行直到其运行完毕。在JVM中，像垃圾收集器线程就是守护线程。Thread类有一个比较常用的静态方法currentThread()用来获取当前线程。


参考资料

http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920357.html


   作者：小毛驴，一个游戏人　
   梦想：世界和平　　　
   原文地址：http://blog.csdn.net/liulongling　　　　本博客中未标明转载的文章归作者小毛驴所有，欢迎转载，但未经作者同意必须保留此段声明，且在文章页面明显位置给出原文连接，否则保留追究法律责任的权利。

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