详细剖析多线程（更新中...）

文章目录

前言
一、认识线程
二、创建线程
三、Thread的几个常见属性
四、Thread类的基本使用
五、线程的状态

前言

在当今科技发展迅速的社会中，多线程编程已经成为一种必不可少的技能。随着计算机硬件的发展，多核处理器已经成为主流，而多线程编程可以充分利用这些处理器的性能，提高程序的运行效率。因此，掌握多线程编程已经成为程序员们必须具备的技能之一。

一、认识线程

1.1线程概念

⼀个线程就是⼀个 “执⾏流”. 每个线程之间都可以按照顺序执⾏⾃⼰的代码. 多个线程之间 “同时” 执⾏着多份代码.

1.2为什么要有线程

尽管多进程也能实现并发编程，但是线程比进程更轻量，线程的创建、调度、销毁都比进程更快。
"并发编程"成为刚需，大部分现代电脑使用的操作系统都支持多核CPU，这样可以更好地利用CPU资源，提高系统性能，而并发编程能更充分利用多核CPU。
有些场景需要"等待IO"，为了让等待IO的时间可以去做其他工作，也需要并发编程提高效率。

1.3线程和进程的区别（经典面试题）

1.进程包含线程。
2.线程是系统调度执行的基本单位：每个线程是一个独立的执行流，可以执行一些代码，并且单独的参与到CPU的调度中（状态、上下文、优先级、记账信息…每个线程有自己的一份）；进程是系统资源分配的基本单位：每个进程有自己的资源，进程中的线程共用这一份资源（主要是内存空间和文件描述符）（[^1]: 文件描述符是一个用于标识已被进程打开的文件的整数。在Unix-like操作系统中，包括Linux和Mac OS等，文件描述符是对文件、管道、套接字等I/O资源的引用。每个进程都有一个文件描述符表，其中存储了该进程打开的文件的信息）。
3.进程和进程之间不会互相影响；同一个进程中的线程之间，可能会相互干扰，引起线程安全问题，例如同一个进程中的某个线程抛出异常，可能影响到其他线程，会把整个进程中的所有线程都异常终止。
4.线程并不是越多越好，适度就行，如果线程过多，调度开销可能非常明显。

二、创建线程

2.1继承 Thread 类,重写run

package thread;
//1.创建一个自己的类，继承这个Thread
//为什么这个Thread可以直接用不需要导包？因为java标准库中，有一个特殊的包java.long，默认导入的
//为什么类前面没有public？因为一个.java文件中只能有一个public类
//这个类如果没有public包级作用于，就是只能在当前包里被其他的类使用
class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // run 方法就是该线程的入口方法.
        System.out.println("hello world");
    }
}

public class ThreadDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 2. 根据刚才的类, 创建出示例. (线程实例, 才是真正的线程).
        // MyThread t = new MyThread();
        Thread t = new MyThread();
        // 3. 调用 Thread 的 start 方法, 才会真正调用系统 api, 在系统内核中创建出线程.
        t.start();
    }
}

2.2实现 Runnable 接口,重写run

package Thread;

//实现Runnable接口，重写run

class MyThread3 implements Runnable{
//Runnable可以理解为“可执行的”，通过这个接口，可以抽象表示出一段可以被其他实体来执行的代码
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            System.out.println("hello runnable");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

public class ThreadDemo3 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        /*Runnable runnable=new MyThread3();
        Thread t=new MyThread(runnable);*/
        //还是需要搭配Thread类才能真正在系统中创建出线程
        //这种写法其实就是把线程和要执行的任务进行了解耦合了
        Thread t=new Thread(new MyThread3());
        t.start();
        while(true){
            System.out.println("hello main");
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

2.3继承 Thread 类,重写run，匿名内部类

package Thread;

//继承Tread重写run，但是要使用匿名内部类（在一个类里面定义一个类，匿名意味着没有名字，不能重复使用）
public class ThreadDemo4 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t=new Thread(){//写{}意思是要定义一个类，与此同时，这个行新的类
            //继承自Tread，此处{}中可以定义子类的属性和方法，此处最主要的目的是重写run方法
            //与此同时，这个代码还创建了子例的实例
            //t指向的实例（对象）并非单纯的Thread,而是Thread的子类（因为他是匿名类，所以我们也不知道他叫啥）

            @Override
            public void run() {
                System.out.println("hello thread");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        };
        t.start();
        while(true){
            System.out.println("hello main");
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

2.4实现 Runnable 接口,重写run，匿名内部类

package Thread;
//实现Runnable，重写run，匿名内部类
public class TreadDemo5 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t=new Thread(new Runnable(){//实现Runnable，重写run，匿名内部类
            @Override
            public void run() {
                while(true){
                    System.out.println("hello runnable");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }
            }
        });//Thread构造方法的参数，填写Runnable的匿名内部类的实例
        t.start();
        while(true){
            System.out.println("hello main");
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

2.5lambda表达式【推荐写法】

package Thread;

//常用并推荐的写法，使用lambda表达式（匿名函数/方法）
//这个写法相当于实现了Runnable重写run，lambda代替了Runnable的位置
public class ThreadDemo6 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t=new Thread(()->{ //这里的()是形参列表，这里能带参数，线程入口不需要参数
                                  //()前面应该有一个函数名，此处作为匿名函数，就没有名字
            while(true){
                System.out.println("hello thread");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        });
        t.start();
        while(true){
            System.out.println("hello main");
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

2.6sleep提前唤醒

在这里插入图片描述
我们在写代码的时候可以发现，sleep这行代码会报错，报错信息是受查异常。
那么什么是受查异常呢？
代码会受查异常是因为在编译时，编译器要求程序必须处理可能抛出的异常，否则会报编译错误。受查异常是指在代码中明确定义了可能发生的异常，并且在方法中必须使用try-catch或者throws关键字来处理这些异常，否则会导致编译错误。
这里的异常意味着sleep（1000）过程中，可能被提前唤醒，正常情况下会休眠满一秒才能醒过来继续往下执行，也会有特殊情况提前唤醒。
另外还有非受查异常，非受查异常是指在代码中没有明确定义，或者不受编译器检查的异常，通常是由程序逻辑错误或者环境问题导致的异常，例如空指针异常、数组越界异常等。在处理非受查异常时，可以选择捕获处理，也可以直接抛出给调用方处理。非受查异常不会导致编译错误，但是如果没有处理可能会导致程序运行时异常。
在处理sleep提前唤醒可能导致的问题时，需要谨慎设计程序逻辑，确保在提前唤醒时程序的状态和数据都是正确的。同时，需要保证程序在提前唤醒后能够正确地恢复执行。

三、Thread的几个常见属性

属性	获取方法
ID	getId()：jvm自动分配的身份标识，保证唯一性，不同线程不会重复
名称	getName()：名称是各种调试⼯具⽤到
状态	getState():状态表⽰线程当前所处的⼀个情况
优先级	getPriority()：在java中设置优先级效果不是很明显（对内核调度器的调度过程产生了一些影响）由于系统的随机调度
是否后台线程	isDaemon()：也可以称为是否是"后台线程"，关于后台线程，需要记住⼀点：JVM会在⼀个进程的所有⾮后台线程结束后，才会结束运⾏
是否存活	isAlive()：简单的理解，为 run ⽅法是否运⾏结束了
是否被中断	isInterrupted()

以下是一些代码示例：

package Thread;
//获取线程引用

class MyThread4 extends Thread{
    //如果是继承Thread，直接使用this拿到线程实例
    //如果是Runnable或者lambda的方式，就不可以，因为此时的this已经不再指向Thread对象了
    //就只能使用Thread.currentThread()了
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.getId()+","+this.getName());
    }
}
public class ThreadDemo13 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThread4 t1=new MyThread4();
        MyThread4 t2=new MyThread4();
        t1.start();
        t2.start();
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(t1.getId()+","+t1.getName());//与run方法里面执行结果是一样的
        System.out.println(t2.getId()+","+t2.getName());
    }
}

package Thread;
//获取线程引用
//Thread.currentThread()获取到当前线程的引用

public class ThreadDemo14 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1=new Thread(()->{
            Thread t=Thread.currentThread();
            System.out.println(t.getName());
        });
        Thread t2=new Thread(()->{
            Thread t=Thread.currentThread();
            System.out.println(t.getName());
        });
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

package Thread;
//前台线程的运行会阻止进程结束
//后台线程的运行不会阻止进程结束
public class ThreadDemo7 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t=new Thread(new Runnable(){
            @Override
            public void run() {
                while(true){
                    System.out.println("hello thread");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }
            }
        },"这是我的线程");
        //在start之前设置线程setDaemon为true为后台线程,进程直接结束（如果之后设置来不及）
        t.setDaemon(true);
        t.start();
    }
}

package Thread;

public class TreadDemo8 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t=new Thread(()->{
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });
        System.out.println("start之前:"+t.isAlive());
        t.start();
        System.out.println("start之后:"+t.isAlive());
        Thread.sleep(2000);//如果把2000改成1000，此时由于多线程调度，isAlive就未知了
        //2s之后线程t结束
        System.out.println("t结束之后:"+t.isAlive());
    }
}
//java代码中定义的线程对象实例，虽然表示一个线程，这个对象本身的生命周期和内核中的pcb生命周期是不完全一样的
//Thread t=new Thread()，此时t对象有了，但是内核pcb还没有，isAlive就是false
//t.start(),真正在内核中创建出这个pcb，此时isAlive就是true
//当线程run执行完了，此时内核中线程就结束了，内核pcb释放，但是此时变量t可能还存在，于是isAlive也是false

四、Thread类的基本使用

4.1启动线程

之前我们已经看到了如何通过覆写 run ⽅法创建⼀个线程对象，但线程对象被创建出来并不意味着线程就开始运⾏了。调⽤ start ⽅法, 才真的在操作系统的底层创建出⼀个线程.

start和run的区别？（经典面试题）

start和run都是线程的启动方法，但是它们之间有一些区别:

start方法是启动一个新的线程，当调用start方法时，会为该线程分配一个新的栈空间，并且在线程启动后会自动调用run方法来执行线程的任务。而直接调用run方法是在当前线程中执行run方法的任务。
使用start方法来启动线程能够实现并发执行，因为每次调用start方法都会创建一个新的线程。而直接调用run方法则只是在当前线程中执行任务，无法实现并发执行。

总的来说，start方法用于启动一个新的线程来执行任务，实现并发执行，需要较多的系统资源开销。而run方法则可以在当前线程中执行任务，但无法实现并发执行，不需要额外的系统资源开销。

4.2终止线程

eg.下面这个例子在执行sleep的过程中，调用interrupt，大概率sleep休眠时间还没到就被提前唤醒，当我们去掉代码中的sleep时，能发现interrupt可以让线程顺利结束的，

public class ThreadDemo11 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {//判定是否结束
                System.out.println("我是一个线程, 正在工作中...");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("线程执行完毕!");
        });

        t.start();

        Thread.sleep(3000);
        // 使用一个 interrupt 方法, 来修改刚才标志位的值，设置让线程结束
        System.out.println("让 t 线程结束");
        t.interrupt();
    } } 
    ```

在这里插入图片描述

提前唤醒会出现两件事–

抛出InterruptedException异常，这个异常紧接着就会被catch获取到

清除Thread对象的isInterrupted标志位，意思是通过interrupt方法，已经把标志位设为true了，但是sleep提前唤醒操作，就把标志位又设回false了，此时循环还是会继续执行
那么怎么让线程结束呢？在catch里面加上break就可以了~

线程顺利结束~

根据上诉，为什么sleep要清空标志位呢？是为了给程序员更多的“可操作性空间”，可以在catch语句中写一些代码做一些处理——
1）让线程立刻结束（加上break）
2）让线程不结束，继续执行（不加break）
3）让线程执行一些逻辑后再结束（写一些其他代码再break）

另外，在实际开发中，catch里面应该写什么样的代码？（如果程序出现异常怎样处理更合理）
①尝试自动恢复，能自动恢复的尽量自动恢复，比如出现了一个网络通信相关的异常可以在catch尝试重连网络。
②记录日志（异常信息记录到文件中)。 ③发出警报，针对比较严重的问题，包括但不限于给程序员发邮件，发短信，打电话…
④也有少数的正常的业务逻辑，会依赖到catch，比如文件操作中的方法，就要通过catch来结束循环之类…[非常规用法]

4.3等待线程

join()方法让一个线程等待另一个线程结束。线程之间的执行顺序，是无序的调度过程，我们无法指定哪个线程何时结束，有的时候又希望能够控制线程之间结束的先后顺序，此时就可以用join,join这个方法会让等待线程阻塞，一直阻塞等待到被等待的线程执行完run方法。

在这里插入图片描述
执行join的时候，看t线程是否在运行
如果t运行中，main线程会阻塞（main线程暂时不参与cpu执行）
如果t运行结束，main线程从阻塞中恢复，并且继续往下执行

package Thread;

import javax.print.attribute.standard.PresentationDirection;

public class ThreadDemo12 {
    // t 线程把计算的结果放到 result 中.
    private static long result = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            long tmp = 0;
            for (long i = 1; i <= 50_0000_0000L; i++) {//实际上计算结果太大会溢出这里先忽略这个事情
                tmp += i;
            }
            result += tmp;
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
//            try {
//                // 如果把 join 加到末尾, 这个时候, 就还是 t 和 t2 并发执行, 没啥区别
//                // 如果把 join 加到开头, 这个时候, 就是先执行 t, t2 先阻塞. 等到 t 执行完了之后, t2 继续执行. 又成了串行执行了.
//                t.join();
//            } catch (InterruptedException e) {
//                e.printStackTrace();
//            }

            long tmp = 0;
            for (long i = 50_0000_0001L; i <= 100_0000_0000L; i++) {
                tmp += i;
            }
            result += tmp;

        });
        long beg = System.currentTimeMillis();
        t.start();
        t2.start();

        // 主要就是不知道 t 线程要执行多久
        // Thread.sleep(1000);

        // 使用 join, 就会严格按照 t 线程执行结束来作为等待的条件.
        // 什么时候 t 运行结束(计算完毕), 什么时候, join 就结束等待
        // t 运行 1ms, join 就等待 1ms; t 运行 10s, join 就等待 10s
        // 确保 join 之后得到的结果, 一定是靠谱的结果.
        t.join();
        t2.join();
        long end = System.currentTimeMillis();

        // 上面加上 join 之后, 结果就一定是 t 线程执行结束的结果了.
        System.out.println("result = " + result);
        System.out.println("time = " + (end - beg) + " ms");
    }
}

五、线程的状态

• NEW: Thread对象创建好了，但是还没有调用start方法在系统中创建线程。
• RUNNABLE: 就绪状态，表示这个线程正在cpu上执行，或者准备就绪随时可以去cpu执行。
• TIMED_WAITING: 指定时间的阻塞，在达到一定时间之后自动解除阻塞。
• WAITING: 不带时间的阻塞（死等），必须满足一定的条件才会解除阻塞。
• TERMINATED: Thread对象仍存在，但是系统内部的线程已经执行完毕了。
• BLOCKED: 由于锁竞争引起的阻塞。

在这里插入图片描述