java并发编程 - 线程

一、进程与线程

进程

程序由指令和数据组成，但这些指令要运行，数据要读写，就必须将指令加载至 CPU，数据加载至内存。在指令运行过程中还需要用到磁盘、网络等设备。进程就是用来加载指令、管理内存、管理 IO 的
当一个程序被运行，从磁盘加载这个程序的代码至内存，这时就开启了一个进程。
进程就可以视为程序的一个实例。大部分程序可以同时运行多个实例进程（例如记事本、画图、浏览器等），也有的程序只能启动一个实例进程（例如网易云音乐、360 安全卫士等）

线程

一个进程之内可以分为一到多个线程。
一个线程就是一个指令流，将指令流中的一条条指令以一定的顺序交给 CPU 执行
Java 中，线程作为最小调度单位，进程作为资源分配的最小单位。在 windows 中进程是不活动的，只是作为线程的容器

二者对比

进程基本上相互独立的，而线程存在于进程内，是进程的一个子集
进程拥有共享的资源，如内存空间等，供其内部的线程共享
进程间通信较为复杂
- 同一台计算机的进程通信称为 IPC（Inter-process communication）
- 不同计算机之间的进程通信，需要通过网络，并遵守共同的协议，例如 HTTP
线程通信相对简单，因为它们共享进程内的内存，一个例子是多个线程可以访问同一个共享变量
线程更轻量，线程上下文切换成本一般上要比进程上下文切换低

并行与并发

单核 cpu 下，线程实际还是 串行执行 的。操作系统中有一个组件叫做任务调度器，将 cpu 的时间片（windows下时间片最小约为 15 毫秒）分给不同的程序使用，只是由于 cpu 在线程间（时间片很短）的切换非常快，人类感觉是 同时运行的 。总结为一句话就是： 微观串行，宏观并行 。

一般会将这种 线程轮流使用 CPU 的做法称为并发， concurrent。

CPU	时间片 1	时间片 2	时间片 3	时间片 4
core	线程 1	线程 2	线程 3	线程 4

在这里插入图片描述

多核 cpu下，每个 核（core） 都可以调度运行线程，这时候线程可以是并行的。

CPU	时间片 1	时间片 2	时间片 3	时间片 4
core 1	线程 1	线程 1	线程 3	线程 3
core 2	线程 2	线程 4	线程 2	线程 4

在这里插入图片描述

引用 Rob Pike 的一段描述：

并发（concurrent）是同一时间应对（dealing with）多件事情的能力
并行（parallel）是同一时间动手做（doing）多件事情的能力

同步与异步

以调用方角度来讲，如果

需要等待结果返回，才能继续运行就是同步
不需要等待结果返回，就能继续运行就是异步

1) 设计
多线程可以让方法执行变为异步的（即不要巴巴干等着）比如说读取磁盘文件时，假设读取操作花费了 5 秒钟，如果没有线程调度机制，这 5 秒 cpu 什么都做不了，其它代码都得暂停…

2) 结论
比如在项目中，视频文件需要转换格式等操作比较费时，这时开一个新线程处理视频转换，避免阻塞主线程tomcat 的异步 servlet 也是类似的目的，让用户线程处理耗时较长的操作，避免阻塞 tomcat 的工作线程ui 程序中，开线程进行其他操作，避免阻塞 ui 线程

1。单核 cpu 下，多线程不能实际提高程序运行效率，只是为了能够在不同的任务之间切换，不同线程轮流使用cpu ，不至于一个线程总占用 cpu，别的线程没法干活
2。多核 cpu 可以并行跑多个线程，但能否提高程序运行效率还是要分情况的

有些任务，经过精心设计，将任务拆分，并行执行，当然可以提高程序的运行效率。但不是所有计算任务都能拆分（参考后文的【阿姆达尔定律】）
也不是所有任务都需要拆分，任务的目的如果不同，谈拆分和效率没啥意义

3。IO 操作不占用 cpu，只是我们一般拷贝文件使用的是【阻塞 IO】，这时相当于线程虽然不用 cpu，但需要一直等待 IO 结束，没能充分利用线程。所以才有后面的【非阻塞 IO】和【异步 IO】优化

pom.xml：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <groupId>top.onefine</groupId>
    <artifactId>studyJavaConcurrency</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    <packaging>jar</packaging>

    <properties>
        <maven.compiler.source>1.8</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>1.8</maven.compiler.target>
    </properties>

    <dependencies>
        <!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.projectlombok/lombok -->
        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
            <version>1.18.12</version>
<!--            <scope>provided</scope>-->
        </dependency>

        <!-- https://mvnrepository.com/artifact/ch.qos.logback/logback-classic -->
        <dependency>
            <groupId>ch.qos.logback</groupId>
            <artifactId>logback-classic</artifactId>
            <version>1.2.3</version>
<!--            <scope>test</scope>-->
        </dependency>

    </dependencies>


</project>

src\main\resources\logback.xml：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<configuration
        xmlns="http://ch.qos.logback/xml/ns/logback"
        xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
        xsi:schemaLocation="http://ch.qos.logback/xml/ns/logback logback.xsd">
    <appender name="STDOUT" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender">
        <encoder>
            <pattern>%date{HH:mm:ss.SSS} [%t] %logger - %m%n</pattern>
        </encoder>
    </appender>
    
    <!-- 只有c开头的日志才能输出到控制台 -->
    <logger name="c" level="debug" additivity="false">
        <appender-ref ref="STDOUT"/>
    </logger>
    <root level="ERROR">
        <appender-ref ref="STDOUT"/>
    </root>
</configuration>

二、Java 线程

1. 创建和运行线程

方法一，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();

栗子：

package top.onefine.test;


import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j(topic = "c.Test")
public class Test {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        // 采用匿名内部类的写法
//        Thread thread = new Thread() {
    
    
//            @Override
//            public void run() {
    
    
//                log.debug(Thread.currentThread().getName() + ": running");
//            }
//        };
//
//        thread.setName("t1");  // 设置线程名称
        
        // 或者在构造器中通过参数设置给线程指定名字，推荐
        Thread thread = new Thread("t1") {
    
    
            @Override
            public void run() {
    
    
                log.debug(Thread.currentThread().getName() + ": running");
            }
        };

        thread.start();

        log.debug("main: running");
    }
}

输出：

09:18:00.963 [main] c.Test - main: running
09:18:00.963 [t1] c.Test - t1: running

方法二，使用 Runnable 配合 Thread（推荐）

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();

栗子：

package top.onefine.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j(topic = "c.Test2")
public class Test2 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        // 采用匿名内部类的方式
//        Runnable runnable = new Runnable() {
    
    
//            @Override
//            public void run() {
    
    
//                log.debug("running");
//            }
//        };
        // 使用lambda表达式的方式简化
        Runnable runnable = () -> log.debug("running");

        // 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐
        Thread t2 = new Thread(runnable, "t2");
        t2.start();
        log.debug("running");
    }
}

输出：

09:46:27.206 [main] c.Test2 - running
09:46:27.206 [t2] c.Test2 - running

Thread 与 Runnable 小结：

方法1 是把线程和任务合并在了一起，方法2 （推荐） 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（使用组合而非继承），更灵活

方法三，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

package top.onefine.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

@Slf4j(topic = "c.Test3")
public class Test3 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    

        // 创建任务对象
//        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(new Callable<Integer>() {
    
    
//            @Override
//            public Integer call() throws Exception {
    
    
//                log.debug("running...");
//                Thread.sleep(2000);  // 睡眠一秒
//                return 123456;
//            }
//        });

        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(() -> {
    
    
            log.debug("running...");
            Thread.sleep(2000);  // 睡眠一秒
            return 123456;
        });

        // 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐
        Thread t3 = new Thread(futureTask, "t3");
        t3.start();

        // 主线程阻塞，同步等待 task 执行完毕的结果
        Integer result = null;
        try {
    
    
            result = futureTask.get();
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }

        log.debug("结果是: {}", result);
    }
}

输出

10:08:52.730 [t3] c.Test3 - running...
10:08:54.734 [main] c.Test3 - 结果是: 123456

2. 观察多个线程同时运行

package top.onefine.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j(topic = "c.TestMultiThread")
public class Test {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        new Thread(() -> {
    
    
            while (true)
                log.debug("running...");
        }, "t1").start();

        new Thread(() -> {
    
    
            while (true)
                log.debug("running...");
        }, "t2").start();

    }
}

结果：

10:20:48.133 [t2] c.TestMultiThread - running...
10:20:48.133 [t1] c.TestMultiThread - running...
10:20:48.136 [t1] c.TestMultiThread - running...
10:20:48.136 [t2] c.TestMultiThread - running...
10:20:48.136 [t1] c.TestMultiThread - running...
10:20:48.136 [t2] c.TestMultiThread - running...
10:20:48.136 [t1] c.TestMultiThread - running...
10:20:48.136 [t2] c.TestMultiThread - running...
...

主要是理解

交替执行
谁先谁后，不由我们控制

3. 查看进程线程的方法

windows

任务管理器可以查看进程和线程数，也可以用来杀死进程
tasklist 查看所有进程
taskkill 杀死指定进程

PS C:\Users\Lenovo> tasklist | findstr java
java.exe                     22984 Console                    2     74,340 K
java.exe                     15688 Console                    2    130,192 K
java.exe                     22300 Console                    2    139,124 K
PS C:\Users\Lenovo> jps
16884
15688 Launcher
17560 Jps
22984 RemoteMavenServer36
22300 Test
PS C:\Users\Lenovo> tasklist | findstr java  # 通过java关键字来过滤
java.exe                     22984 Console                    2     57,748 K
java.exe                     15688 Console                    2    130,076 K
java.exe                     22300 Console                    2    139,068 K
PS C:\Users\Lenovo> taskkill /F /PID 22300  # /F表示强制杀死
成功: 已终止 PID 为 22300 的进程。
PS C:\Users\Lenovo> jps
16884
15688 Launcher
22984 RemoteMavenServer36
17612 Jps
PS C:\Users\Lenovo> tasklist | findstr java
java.exe                     22984 Console                    2     58,288 K
java.exe                     15688 Console                    2    130,040 K
PS C:\Users\Lenovo>

linux

ps -fe 查看所有进程，过滤：ps -fe | grep java
ps -fT -p <PID> 查看某个进程（PID）的所有线程
kill 杀死进程，如：kill 4202
top 以动态（实时刷新）方式查看进程信息，参数大写 H 切换是否显示线程
top -H -p <PID> 查看某个进程（PID）的所有线程

Java

jps 命令查看所有 Java 进程
jstack <PID> 查看某个 Java 进程（PID）的所有线程状态
jconsole 来查看某个 Java 进程中线程的运行情况（图形界面）

jconsole 远程监控配置

本机连接只需直接运行java程序即可，忽略下列步骤。
远程进程需要以如下方式运行你的 java 类，注意端口是否放行。

java 
-Djava.rmi.server.hostname=`ip地址` 
-Dcom.sun.management.jmxremote 
-Dcom.sun.management.jmxremote.port=`连接端口` 
-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=是否安全连接 
-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=是否认证 
java类

栗子：

java -Djava.rmi.server.hostname=192.168.14.1 -Dcom.sun.management.jmxremote -Dcom.sun.management.jmxremote.port=12345 -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false Test

修改 /etc/hosts 文件将 127.0.0.1 映射至主机名

如果要认证访问，还需要做如下步骤

复制 jmxremote.password 文件
修改 jmxremote.password 和 jmxremote.access 文件的权限为 600 即文件所有者可读写
连接时填入 controlRole（用户名），R&D（密码）

4. 原理之线程运行

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

5. 常见方法

方法名	static	功能说明	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状态，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()		等待线程运行结束
join(long n)		等待线程运行结束，最多等待 n毫秒
getId()		获取线程长整型的 id	id 唯一
getName()		获取线程名
setName(String)		修改线程名
getPriority()		获取线程优先级
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
isAlive()		线程是否存活（还没有运行完毕）
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()	static	判断当前线程是否被打断	会清除打断标记
currentThread()	static	获取当前正在执行的线程
sleep(long n)	static	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()	static	提示线程调度器让出当前线程对CPU的使用	主要是为了测试和调试

5.1 start 与 run

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

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

5.2 sleep 与 yield

sleep

调用 sleep 会让当前线程从 Running 进入 Timed Waiting (有限等待) 状态（阻塞）
其它线程可以使用 interrupt 方法打断(这里是唤醒正在睡眠的线程)正在睡眠的线程，这时 sleep 方法会抛出 InterruptedException
睡眠结束后的线程未必会立刻得到执行
建议用 TimeUnit 的 sleep 代替 Thread 的 sleep 来获得更好的可读性

栗子：

package top.onefine.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j(topic = "c.TestMultiThread")
public class Test {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Thread thread_1 = new Thread(() -> {
    
    
            try {
    
    
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }, "thread_1");
        thread_1.start();
        log.debug("thread_1 state: {}", thread_1.getState());

        try {
    
    
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
        log.debug("thread_1 state: {}", thread_1.getState());

        try {
    
    
            Thread.sleep(1600);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
        log.debug("thread_1 state: {}", thread_1.getState());
    }
}

效果：

18:33:20.072 [main] c.TestMultiThread - thread_1 state: RUNNABLE
18:33:20.576 [main] c.TestMultiThread - thread_1 state: TIMED_WAITING
18:33:22.177 [main] c.TestMultiThread - thread_1 state: TERMINATED

栗子：

package top.onefine.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j(topic = "c.TestMultiThread")
public class Test {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        log.debug("start main-thread...");
        Thread thread_1 = new Thread(() -> {
    
    
            log.debug("start thread-1...");
            try {
    
    
                log.debug("thread-1 enter sleep...");
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                log.debug("thread-1 waked up...");
//                e.printStackTrace();
            }
        }, "thread-1");

        thread_1.start();

        try {
    
    
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
        log.debug("main-thread interrupt thread-1...");
        thread_1.interrupt();
    }
}

效果：

18:43:05.122 [main] c.TestMultiThread - start main-thread...
18:43:05.181 [thread-1] c.TestMultiThread - start thread-1...
18:43:05.181 [thread-1] c.TestMultiThread - thread-1 enter sleep...
18:43:06.181 [main] c.TestMultiThread - main-thread interrupt thread-1...
18:43:06.181 [thread-1] c.TestMultiThread - thread-1 waked up...

栗子：

package top.onefine.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Slf4j(topic = "c.TestMultiThread")
public class Test {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        new Thread(() -> {
    
    
            try {
    
    
//                Thread.sleep(2000);
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2000);  // 以SECONDS（秒）为单位
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }, "thread-1").start();
    }
}

yield

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
具体的实现依赖于操作系统的任务调度器（若cpu为空闲状态，还是会继续运行此线程，转为Running状态）

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（数字越大，优先级越高）的线程会获得更多的时间片，但 cpu 闲时，优先级几乎没作用

栗子：

package top.onefine.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j(topic = "c.TestMultiThread")
public class Test {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Runnable task1 = () -> {
    
    
            int count = 0;
            for (; ; ) {
    
    
                System.out.println("---->1 " + count++);
            }
        };

        Runnable task2 = () -> {
    
    
            int count = 0;
            for (; ; ) {
    
    
//                Thread.yield();
                System.out.println("             ---->2 " + count++);
            }
        };

        Thread t1 = new Thread(task1, "t1");  // 默认优先级 5
        Thread t2 = new Thread(task2, "t2");
//        t1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);  // 最低优先级 1
//        t2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);  // 最高优先级 10
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

案例-防止CPU占用100%：

sleep 实现

在没有利用 cpu 来计算时，不要让 while(true) 空转浪费 cpu，这时可以使用 yield 或 sleep 来让出 cpu 的使用权给其他程序

while(true) {
    
    
	try {
    
    
		Thread.sleep(50);
	} catch (InterruptedException e) {
    
    
		e.printStackTrace();
	}
}

可以用 wait 或条件变量达到类似的效果
不同的是，后两种都需要加锁，并且需要相应的唤醒操作，一般适用于要进行同步的场景
sleep 适用于无需锁同步的场景

5.3 join方法

主线程需要等待子线程结果返回，才能继续运行就是同步

栗子——等待多个结果：

package top.onefine.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Slf4j(topic = "c.TestMultiThread")
public class Test {
    
    
    static int r1 = 0;
    static int r2 = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        Thread t1 = new Thread(() -> {
    
    
            try {
    
    
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
            r1 = 10;
        }, "t1");
        Thread t2 = new Thread(() -> {
    
    
            try {
    
    
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
            r2 = 20;
        }, "t2");

        long start = System.currentTimeMillis();
        t1.start();
        t2.start();
        log.debug("join begin...");
        t1.join();
        log.debug("t1 join end...");
        t2.join();
        log.debug("t2 join end...");
        long end = System.currentTimeMillis();
        log.debug("cost: {}s", (end - start) / 1000);  // 取秒
    }
}

在这里插入图片描述

结果：

19:44:16.292 [main] c.TestMultiThread - join begin...
19:44:17.291 [main] c.TestMultiThread - t1 join end...
19:44:18.291 [main] c.TestMultiThread - t2 join end...
19:44:18.291 [main] c.TestMultiThread - cost: 2s

如果颠倒两个 join 呢？最终输出都是一样的：2s。

栗子——有时效的 join，等够时间的情况：

package top.onefine.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Slf4j(topic = "c.TestMultiThread")
public class Test {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        Thread t1 = new Thread(() -> {
    
    
            try {
    
    
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        });

        long start = System.currentTimeMillis();
        t1.start();
        log.debug("join begin...");

        // 线程执行结束会导致 join 结束
        try {
    
    
            t1.join(1500);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        log.debug("cost: {}", end - start);
    }
}

结果：

20:03:31.860 [main] c.TestMultiThread - join begin...
20:03:32.858 [main] c.TestMultiThread - cost: 1001

栗子——有时效的 join，没等够时间的情况：

package top.onefine.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Slf4j(topic = "c.TestMultiThread")
public class Test {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        Thread t1 = new Thread(() -> {
    
    
            try {
    
    
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        });

        long start = System.currentTimeMillis();
        t1.start();
        log.debug("join begin...");

        // 线程执行结束会导致 join 结束
        try {
    
    
            t1.join(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        log.debug("cost: {}", end - start);
    }
}

结果：

20:06:02.811 [main] c.TestMultiThread - join begin...
20:06:03.813 [main] c.TestMultiThread - cost: 1005

5.4 interrupt方法

阻塞状态

interrupt 方法用于打断处于阻塞状态的线程，如调用了 sleep，wait，join 。

打断 sleep、wait或join 的线程, 会清空打断状态（将打断标记重置为false），以 sleep 为例：

package top.onefine.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Slf4j(topic = "c.TestMultiThread")
public class Test {
    
    

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        Thread thread = new Thread(() -> {
    
    
            log.debug(String.valueOf(Thread.currentThread().getState()));
            try {
    
    
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);  // sleep,wait,join被打断后打断标记重置为false
                // 打断标记可以用于执行线程被打断后是继续运行还是终止
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
//                e.printStackTrace();
                log.debug(String.valueOf(Thread.currentThread().getState()));
            }
        }, "thread");
        log.debug(String.valueOf(thread.getState()));
        thread.start();
        log.debug(String.valueOf(thread.getState()));
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  // 等待子线程睡眠后再打断子线程
        log.debug(String.valueOf(thread.getState()));
        thread.interrupt();
        log.debug(String.valueOf(thread.getState()));
        log.debug("打断标记：{}", thread.isInterrupted());
    }
}

结果：

22:53:23.275 [main] c.TestMultiThread - NEW
22:53:23.280 [main] c.TestMultiThread - RUNNABLE
22:53:23.280 [thread] c.TestMultiThread - RUNNABLE
22:53:24.282 [main] c.TestMultiThread - TIMED_WAITING
22:53:24.282 [main] c.TestMultiThread - TIMED_WAITING
22:53:24.282 [thread] c.TestMultiThread - RUNNABLE
22:53:24.282 [main] c.TestMultiThread - 打断标记：false

打断正常运行的线程

打断正常运行的线程，不会清空打断状态

package top.onefine.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Slf4j(topic = "c.TestMultiThread")
public class Test {
    
    

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        Thread thread = new Thread(() -> {
    
    
            log.debug(String.valueOf(Thread.currentThread().getState()));
            while (true) {
    
    
                if (Thread.currentThread().isInterrupted()) {
    
    
                    log.debug("被打断了...");
                    break;
                }
            }
        }, "thread");
        log.debug(String.valueOf(thread.getState()));
        thread.start();
        log.debug(String.valueOf(thread.getState()));
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        log.debug(String.valueOf(thread.getState()));
        thread.interrupt();
        log.debug(String.valueOf(thread.getState()));
        log.debug("打断标记：{}", thread.isInterrupted());
        log.debug(String.valueOf(thread.getState()));
    }
}

结果：

23:03:55.698 [main] c.TestMultiThread - NEW
23:03:55.704 [main] c.TestMultiThread - RUNNABLE
23:03:55.704 [thread] c.TestMultiThread - RUNNABLE
23:03:56.706 [main] c.TestMultiThread - RUNNABLE
23:03:56.706 [main] c.TestMultiThread - RUNNABLE
23:03:56.706 [thread] c.TestMultiThread - 被打断了...
23:03:56.706 [main] c.TestMultiThread - 打断标记：true
23:03:56.707 [main] c.TestMultiThread - TERMINATED

可以使用 Thread.interrupted() 清除打断状态

模式之`两阶段终止`

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T2一个料理事后的机会。

在这里插入图片描述

栗子：

package top.onefine.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Slf4j(topic = "c.TestMultiThread")
public class Test {
    
    

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        TwoPhaseTermination tpt = new TwoPhaseTermination();
        tpt.start();  // 开启监控

        Thread.sleep(1020);

        tpt.stop();  // 停止监控
    }
}

@Slf4j(topic = "c.TwoPhaseTermination")
class TwoPhaseTermination {
    
    
    private Thread monitor;  // 监控线程

    // 启动监控线程
    public void start() {
    
    
        monitor = new Thread(() -> {
    
    
            boolean bo = true;
            while (true) {
    
    
                Thread currentThread = Thread.currentThread();
                if (currentThread.isInterrupted()) {
    
    
                    log.debug(bo ? "正常" : "睡眠" + "情况下被打断，料理后事...");
                    break;  // 退出
                }

                // 第一种情况被打断：正常情况下
                log.debug("执行监控记录...");

                try {
    
    
                    // 第二种情况被打断，阻塞情况下
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  // 睡眠一秒
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
//                    e.printStackTrace();
                    currentThread.interrupt();  // 第二种情况需要重新设置打断标志为true
                    bo = false;
                }
            }

        });
        monitor.start();
    }

    // 停止监控线程
    public void stop() {
    
    
        monitor.interrupt();  // 设置打断标志为true
    }
}

执行；

23:46:10.738 [Thread-0] c.TwoPhaseTermination - 执行监控记录...
23:46:11.741 [Thread-0] c.TwoPhaseTermination - 执行监控记录...
23:46:11.756 [Thread-0] c.TwoPhaseTermination - 睡眠情况下被打断，料理后事...

注意区别两个方法：
static interrupted()：判断当前线程是否被打断，会清除打断标记
isInterrupted()：判断是否被打断，不会清除打断标记

打断 park 线程

打断 park 线程, 不会清空打断状态

package top.onefine.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

@Slf4j(topic = "c.TestMultiThread")
public class Test {
    
    

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        Thread t1 = new Thread(() -> {
    
    
            log.debug("park...");

            LockSupport.park();  // pack线程，在这阻塞

            log.debug("unPark...");
            log.debug("打断状态：{}", Thread.currentThread().isInterrupted());  // 返回打断状态，不清除打断标记
            
        }, "t1");

        t1.start();

        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);  // 500ms
        t1.interrupt();
    }
}

输出：

00:09:37.003 [t1] c.TestMultiThread - park...
00:09:37.501 [t1] c.TestMultiThread - unPark...
00:09:37.501 [t1] c.TestMultiThread - 打断状态：true

如果打断标记已经是 true, 则 park 会失效，需要清除打断标记后再使用park：

package top.onefine.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

@Slf4j(topic = "c.TestMultiThread")
public class Test {
    
    

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        Thread t1 = new Thread(() -> {
    
    
            log.debug("park...");

            LockSupport.park();  // pack线程，在这阻塞

            log.debug("unPark...");
//            log.debug("打断状态：{}", Thread.currentThread().isInterrupted());  // 返回打断状态，不清除打断标记
            log.debug("打断状态：{}", Thread.interrupted());  // 返回打断状态并清除打断标记
            LockSupport.park();
            log.debug("unPark...");
        }, "t1");

        t1.start();

        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);  // 500ms
        t1.interrupt();
    }
}

输出：

在这里插入图片描述

5.5 不推荐的方法

还有一些不推荐使用的方法，这些方法已过时，容易破坏同步代码块，造成线程死锁

方法名	static	功能说明
stop()		停止线程运行
suspend()		挂起（暂停）线程运行
resume()		恢复线程运行

6. 主线程与守护线程

默认情况下，Java 进程需要等待所有线程（包括主线程）都运行结束，才会结束。

package top.onefine.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Slf4j(topic = "c.TestMultiThread")
public class Test {
    
    

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        log.debug("开始");
        Thread thread = new Thread(() -> {
    
    
            log.debug("开始");
            while (true) {
    
    
                if (Thread.currentThread().isInterrupted())
                    break;
            }
            log.debug("结束");
        });

        thread.start();

//        Thread.sleep(1000);
        log.debug("结束");
    }
}

在这里插入图片描述

有一种特殊的线程叫做守护线程，只要其它非守护线程运行结束了，即使守护线程的代码没有执行完，也会强制结束。

package top.onefine.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Slf4j(topic = "c.TestMultiThread")
public class Test {
    
    

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        log.debug("开始");
        Thread thread = new Thread(() -> {
    
    
            log.debug("开始");
            while (true) {
    
    
                if (Thread.currentThread().isInterrupted())
                    break;
            }
            log.debug("结束");
        });

        thread.setDaemon(true);  // 设置thread为主线程的守护线程
        thread.start();

        Thread.sleep(1000);

        log.debug("结束");
    }
}

在这里插入图片描述

注意：

垃圾回收器线程就是一种守护线程
Tomcat 中的 Acceptor 和 Poller 线程都是守护线程，所以 Tomcat 接收到 shutdown 命令后，不会等待它们处理完当前请求

7. 五种状态

这是从 操作系统 层面来描述的：

在这里插入图片描述

【初始状态】仅是在语言层面创建了线程对象，还未与操作系统线程关联
【可运行状态】（就绪状态）指该线程已经被创建（与操作系统线程关联），可以由 CPU 调度执行
【运行状态】指获取了 CPU 时间片运行中的状态
- 当 CPU 时间片用完，会从【运行状态】转换至【可运行状态】，会导致线程的上下文切换
【阻塞状态】
- 如果调用了阻塞 API，如 BIO 读写文件，这时该线程实际不会用到 CPU，会导致线程上下文切换，进入【阻塞状态】
- 等 BIO 操作完毕，会由操作系统唤醒阻塞的线程，转换至【可运行状态】
- 与【可运行状态】的区别是，对【阻塞状态】的线程来说只要它们一直不唤醒，调度器就一直不会考虑调度它们
【终止状态】表示线程已经执行完毕，生命周期已经结束，不会再转换为其它状态

8. 六种状态

这是从 Java API 层面来描述的

根据 Thread.State 枚举，分为六种状态：

在这里插入图片描述

NEW 线程刚被创建，但是还没有调用 start() 方法
RUNNABLE 当调用了 start() 方法之后，注意，Java API 层面的 RUNNABLE 状态涵盖了操作系统层面的【可运行状态】、【运行状态】和【阻塞状态】（由于 BIO 导致的线程阻塞，在 Java 里无法区分，仍然认为是可运行）
BLOCKED ， WAITING ， TIMED_WAITING 都是 Java API 层面对【阻塞状态】的细分，后面会在状态转换一节详述
TERMINATED 当线程代码运行结束

栗子：

package top.onefine.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Slf4j(topic = "c.TestMultiThread")
public class Test {
    
    

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        Thread t1 = new Thread(() -> {
    
    
            log.debug("running...");
        }, "t1");

        Thread t2 = new Thread(() -> {
    
    
            while (true) {
    
      // runnable

            }
        }, "t2");
        t2.start();

        Thread t3 = new Thread(() -> {
    
    
            log.debug("running...");
        }, "t3");
        t3.start();

        Thread t4 = new Thread(() -> {
    
    
            synchronized (Test.class) {
    
    
                try {
    
    
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);  // timed_waiting
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "t4");
        t4.start();

        Thread t5 = new Thread(() -> {
    
    
            try {
    
    
                t2.join();  // waiting
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }, "t5");
        t5.start();

        Thread t6 = new Thread(() -> {
    
    
            synchronized (Test.class) {
    
      // blocked
                try {
    
    
                    Thread.sleep(1000000);
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "t6");
        t6.start();

        Thread.sleep(500);

        log.debug("t1 state {}", t1.getState());
        log.debug("t2 state {}", t2.getState());
        log.debug("t3 state {}", t3.getState());
        log.debug("t4 state {}", t4.getState());
        log.debug("t5 state {}", t5.getState());
        log.debug("t6 state {}", t6.getState());

    }
}