Java 线程详解 - 技术栈

1. 创建和运行线程

1.1 直接使用 Thread

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
    // 创建线程对象
    Thread t1 = new Thread() {
        public void run() {
            log.debug("hello");
        }
    };
    // 启动线程
    t1.start();
}

例如：

java 复制代码

// 构造方法的参数是给线程指定名字，推荐
Thread t1 = new Thread("t1") {
@Override
// run 方法内实现了要执行的任务
public void run() {
log.debug("hello");
   }
};
t1.start();

1.2 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）

java 复制代码

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();

例如：

java 复制代码

// 创建任务对象
Runnable task2 = new Runnable() {
 @Override
 public void run() {
 log.debug("hello");
    }
 };
 // 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐
Thread t2 = new Thread(task2, "t2");
 t2.start();

Java 8 以后可以使用 lambda 精简代码

java 复制代码

// 创建任务对象
Runnable task2 = () -> log.debug("hello");
 // 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐
Thread t2 = new Thread(task2, "t2");
 t2.start();

原理之 Thread 与 Runnable 的关系分析 Thread 的源码，理清它与 Runnable 的关系
小结
- 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

1.3 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

java 复制代码

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    // 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);
}

其他写法

java 复制代码

@Slf4j
public class Thread02 {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 创建任务对象
        FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(new Callable<Integer>() {
            @Override
            public Integer call() throws Exception {
                log.debug("running...");
                Thread.sleep(10000);
                return 100;
            }
        });
        // 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字
        new Thread(task, "t1").start();
        // 主线程阻塞，同步等待 task 执行完毕的结果
        Integer result = task.get();
        log.debug("结果是:{}", result);
    }

}

可以发现主线程阻塞了10s，再等待子线程执行完再执行

2. 观察多个线程同时运行

主要是理解

交替执行
谁先谁后，不由我们控制

java 复制代码

@Slf4j(topic = "xdr.TestMultiThread")
public class Thread03 {

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

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

}

可以发现 CPU 在不停的交替执行，如果 CPU 只有一个核心，两个线程都要使用 CPU，whlie 为true表示要不断的用CPU，两个线程都会去使用CPU，会造成CPU占用率100%，其他任务都会被卡住了，多核的CPU情况下才占用不了所有CPU

3. 查看进程线程的方法

3.1 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。win11任务管理器中的PID默认是隐藏的，可以这样开启：在进程选项卡中，右键任意列，勾选PID，即可在进程中显示PID，也不需要跳转到详细信息中查看

tasklist 查看进程

taskkill 杀死进程

参考：解决Windows下端口被占用

3.2 linux

ps -ef 查看所有进程
ps -fT -p <PID> 查看某个进程（PID）的所有线程
kill 杀死进程
top 按大写 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

参考： Linux之ps命令基本使用 Linux之top命令基本使用 Linux之kill命令基本使用

3.3 Java

jps查看进程PID. jstack PID 查看进程下的线程情况

jps 命令查看所有 Java 进程
jstack 查看某个 Java 进程（PID）的所有线程状态。【只能抓取一瞬间的快照】

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

需要以如下方式运行你的 java 类

bash 复制代码

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

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

4.1 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

4.1 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，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 调度的几率
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

6. start 与 run

1、调用 run

java 复制代码

@Slf4j(topic = "c.T4")
public class T4 {

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

}

输出：

java 复制代码

17:42:43.095 [main] DEBUG c.T4 - running...
17:42:43.098 [main] DEBUG c.FileReader - read [1.mp3] start ...
17:42:43.107 [main] DEBUG c.FileReader - read [1.mp3] end ... cost: 8 ms
17:42:43.107 [main] DEBUG c.T4 - do other things...

程序仍在 main 线程运行， FileReader.read() 方法调用还是同步的

2、调用 start

将上述代码的 t1.run() 改为 t1.start();

java 复制代码

@Slf4j(topic = "c.T4")
public class T4 {

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

}

输出。主线程在执行【do other things...】，t1线程去执行【running 和FileReader 】

java 复制代码

17:44:16.645 [main] DEBUG c.T4 - do other things...
17:44:16.645 [t1] DEBUG c.T4 - running...
17:44:16.649 [t1] DEBUG c.FileReader - read [1.mp3] start ...
17:44:16.658 [t1] DEBUG c.FileReader - read [1.mp3] end ... cost: 8 ms

程序在 t1 线程运行， FileReader.read() 方法调用是异步的

案例：演示线程 start 前后状态对比

java 复制代码

@Slf4j(topic = "c.T5")
public class T5 {

    public static void main(String[] args) {
       Thread t1 = new Thread("t1") {
            @Override
            public void run() {
                log.debug("running...");
            }
        };
        System.out.println(t1.getState());
        t1.start();
        System.out.println(t1.getState());
    }

}

线程状态为 RUNNABLE 表示可以被CPU调度执行，start 不能被调用多次

小结

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

7. sleep 与 yield

7.1 sleep

调用 sleep 会让当前线程从 Running 进入 Timed Waiting 状态（阻塞）
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
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

7.2 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

7.3 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

1、使用 Thread.yield(); 测试两个线程

java 复制代码

@Slf4j(topic = "c.Test6")
public class T6 {

    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");
        Thread t2 = new Thread(task2, "t2");
        t1.start();
        t2.start();
    }

}

可以发现，t2 线程使用了 Thread.yield(); 的增长的慢一点

分别设置 t1 和 t2 线程优先级

java 复制代码

@Slf4j(topic = "c.Test6")
public class T6 {

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

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

        Thread t1 = new Thread(task1, "t1");
        Thread t2 = new Thread(task2, "t2");
        t1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
        t2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        t1.start();
        t2.start();

    }

}

可以发现，t2 设置 Thread.MAX_PRIORITY 增长的快点