java中的线程

java语言里的线程本质上就是操作系统的线程,他们是一一对应的

线程生命周期

线程状态转换图—— 五态模型

初始状态: 线程已经被创建,但是还没有分配CPU执行。 这个状态属于编程语言特有的，不过这里所谓的被创建，仅仅时在编程语言层面被创建，而在操作系统层面，真正的线程还没创建。
可运行状态：初始状态线程执行start()方法，线程具备CPU的执行资格，没有CPU的执行权。 这种状态下，真正的操作系统线程已经被成功创建了，所以可以分配CPU执行了。
运行状态: 处于可运行状态的线程得到CUP执行权。 当有空闲的CPU时,操作系统会将其分配给一个处于可运行状态的线程,被分配到CPU的线程状态就转换成了运行状态。
休眠状态：运行状态的线程释放CPU的执行权。 运行状态的线程如果调用一个阻塞的API（sleep,wait）或者等待某个事件（例如条件变量），那么线程的状态就会转换到休眠状态，同时释放CPU使用权，休眠状态的线程永远没有机会获得 CPU使用权。当等待的事件出现了(sleep到期,wait执行notif)，线程就会从休眠状态转换到可运行状态。
终止状态: 线程执行完或者出现异常或者调用API强制结束。

java中的线程周期

Java语言中线程共有六种状态，分别是：

NEW（初始化状态) : Java刚创建出来的Thread对象。
RUNNABLE（可运行/运行状态） : Thread执行start()方法。
BLOCKED（阻塞状态），WAITING（无时限等待），TIMED_WAITING（有时限等待） : RUNNABLE状态的线程调用wait()、join()、sleep()方法。
TERMINATED（终止状态): run()方法执行完，或者意外中断。

BLOCKED，WAITING，TIMED_WAITING 是上面提到的休眠状态。Java线程处于这些状态那么这个线程就永远没有CPU的使用权。

线程可以通过isInterrupted()方法，检测是不是自己被中断了。

创建一个线程

Java刚创建出来的Thread对象就是NEW状态，而创建Thread对象主要有两种方法。一种是继承Thread对象，重写run()方法。示例代码如下：

方式一: 继承Thread

//    ⾃定义线程对象 
class MyThread extends Thread{
    public void run() {                
        //    线程需要执⾏的代码    
    } 
} 
//    创建线程对象 
MyThread myThread =    new    MyThread();

方式二: 实现Runnable接口

//实现Runnable接⼝ 
class Runner implements Runnable {        
    @Override        
    public void run(){                
        //线程需要执⾏的代码        
    } 
} 
//创建线程对象 
Thread thread = new Thread(new Runner());

方式三：实现Callable接口

//实现Runnable接⼝ 
class Runner implements Callable<String> {        
    @Override
     public String call() throws Exception {
          //线程需要执⾏的代码        
         return null;
     }
}

//创建 FutureTask
 FutureTask<String> ft1 = new FutureTask(new Runner());
//执行这个任务
Thread t1 = new Thread(ft1);
t1.start();
//获取返回值
t1.get();

方法三实质上也是实现了Runnable接口，因为FutureTask实现了Runnable接口

Future接口提供的方法：

//    取消任务 
boolean    cancel(boolean    mayInterruptIfRunning); 
//    判断任务是否已取消        
boolean    isCancelled(); 
//    判断任务是否已结束 
boolean    isDone(); 
//    获得任务执⾏结果 
get(); 
//    获得任务执⾏结果，⽀持超时 
get(long timeout, TimeUnit unit);

这两个get()方法都是阻塞式的，如果被调用的时候，任务还没有执行完，那么调用get()方法的线程会阻塞，直到任务执行完才会被唤醒。

Java刚创建出来的Thread对象就是NEW状态
NEW状态的线程不会被操作系统调度,因此不会执行
NEW状态的线程调用start()会进入RUNNABLE状态

stop()与interrupt()的区别

stop()会杀死线程,如果线程持有ReentrantLock锁，被stop()的线程并不会自动调用ReentrantLock的unlock()去释放锁，那其他线程就再也没机会获得ReentrantLock锁。所以该方法就不建议使用了，类似的方法还有suspend()和resume()方法，这两个方法同样也都不建议使用。

interrupt()仅仅是通知线程,线程有机会执行一些后续操作,同时也可以无视这个通知。

为什么要使用多线程

提高程序的性能：降低延迟，提高吞吐量。

提高性能的方式：1优化算法；2将硬件的性能发挥到极致

在并发编程领域，提升性能本质上就是提升硬件的利用率，具体来说就是提升I/O的利用率和CPU的利用率。

如果CPU和I/O设备的利用率都很低，那么可以尝试通过增加线程提高吞吐量。

创建多少线程合适？

我们的成语一般都是CPU计算和I/O操作交叉执行的，由于I/O设备的速度相对于CPU来说都是很慢的，所以大部分情况下，I/O操作的执行时间相对于CPU计算来说都非常长，这种场景我们一般都成为I/O密集型程序和CPU密集型程序，计算最近线程数的方法是不同的。

对于CPU密集型的计算场景,理论上“线程的数量-CPU核数”就是最合适的。不过在工程上,线程的数量一般会设置为"CPU核数+1" ,这样的话,当线程因为偶尔的内存页失效或其他原因导致阻塞时,这个额外的线程可以顶上,从而保证CPU的利用率。

对于I/O密集型的计算场景，比如前面我们的例子中，如果CPU计算和I/O操作的耗时是1:1，那么2个线程是最合适的。如果CPU计算和I/O操作的耗时是1:2，那多少个线程合适呢？是3个线程，如下图所示：CPU在 A、B、C三个线程之间切换，对于线程A，当CPU从B、C切换回来时，线程A正好执行完I/O操作。这样CPU 和I/O设备的利用率都达到了100%。

更多的精力其实应该放在算法的优化上，线程池的配置，按照经验配置一个，随时关注线程池大小对程序的影响即可，具体做法：可以为你的程序配置一个全局的线程池，需要异步执行的任务，扔到这个全局线程池处理，线程池大小按照经验设置，每隔一段时间打印一下线程池的利用率，做到心里有数。

设置线程数的原则：将硬件的性能发挥到极致。

为什么局部变量是线程安全的？

调用栈结构

线程与调用栈的关系图

每个线程都有自己的调用栈，局部变量保存在线程各自的调用栈里面，不会共享，所以自然也就没有并发问题。

局部变量的作用域是方法内部，也就是说当方法执行完，局部变量就没用了，局部变量和方法同生共死。

局部变量是和方法同生共死的，一个变量如果想跨越方法的边界，就必须创建在堆里。

调用栈与线程

两个线程可以同时用不同的参数调用相同的方法。

每个线程都有自己独立的调用栈。

线程封闭：仅在单线程内访问数据。不存在多线程的数据共享。

栈溢出的原因：

因为每调用一个方法就会在栈上创建一个栈帧，方法调用结束后就会弹出该栈帧，而栈的大小不是无限的，所以递归调用次数过多的话就会导致栈溢出。而递归调用的特点是每递归一次，就要创建一个新的栈帧，而且还要保留之前的环境（栈帧），直到遇到结束条件。所以递归调用一定要明确好结束条件，不要出现死循环，而且要避免栈太深。

解决方法：

简单粗暴，不要使用递归，使用循环替代。缺点：代码逻辑不够清晰；
限制递归次数；
使用尾递归，尾递归是指在方法返回时只调用自己本身，且不能包含表达式。编译器或解释器会把尾递归做优化，使递归方法不论调用多少次，都只占用一个栈帧，所以不会出现栈溢出。然而，Java没有尾递归优化。

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