Thread 线程的创建方式及状态剖析

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前言:

线程 是程序中的执行线程。Java 虚拟机允许应用程序并发地运行多个执行线程。

每个线程都有一个优先级,高优先级线程的执行优先于低优先级线程。每个线程都可以或不可以标记为一个守护程序。当某个线程中运行的代码创建一个新 Thread 对象时,该新线程的初始优先级被设定为创建线程的优先级,并且当且仅当创建线程是守护线程时,新线程才是守护程序。

当 Java 虚拟机启动时,通常都会有单个非守护线程(它通常会调用某个指定类的 main 方法)。Java 虚拟机会继续执行线程,直到下列任一情况出现时为止:

调用了 Runtime 类的 exit 方法,并且安全管理器允许退出操作发生。 非守护线程的所有线程都已停止运行,无论是通过从对 run 方法的调用中返回,还是通过抛出一个传播到 run 方法之外的异常。

一.线程创建的几种方式

  • 继承Thread类,重写run方法
  • 实现Runnable接口
  • 使用Callable和Future
  • 使用线程池例如用Executor框架

1.继承Thread类进行创建

  • 定义Thread类的子类,并重写该类的run()方法
  • 创建Thread子类的实例,也就是创建了线程对象
  • 启动线程,即调用线程的start()方法
public class ThreadTest extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("继承Thread类,重写run方法创建线程;"+ Thread.currentThread().getName());
    }
}
class Main{
    public static void main(String[] args) {
        ThreadTest threadTest = new ThreadTest();
        threadTest.start();
    }
}

2.实现Runnabel

  • 定义Runnable接口的实现类,一样要重写run()方法,这个run()方法和Thread中的run()方法一样是线程的执行体
  • 创建Runnable实现类的实例,并用这个实例作为Thread的target来创建Thread对象,这个Thread对象才是真正的线程对象
  • 第三部依然是通过调用线程对象的start()方法来启动线程
class ThreadRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("实现Runnable接口,重写run方法创建线程;"+ Thread.currentThread().getName());
    }
}
class Main{
    public static void main(String[] args) {
        ThreadRunnable runnable = new ThreadRunnable();
        Thread thread = new Thread(runnable);
        thread.start();
    }
}

3.使用Callable和Future创建线程

  • 创建Callable接口的实现类,并实现call()方法,该call()方法将作为线程执行体,且该call()方法没有返回值,再创建Callable实现类的实例。(从java8开始,可以直接使用Lambda表达式创建Callable对象)
  • 使用FutureTask类来包装Callable对象,该FutureTask对象封装了该Callable对象的call()方法的返回值。
  • 使用FutureTask作为Thread对象的target创建并启动新线程。
  • 调用FutureTask对象的get方法来获得子线程执行结束后的返回值。
class ThreadCallable implements Callable<String>{
    @Override
    public String call() throws Exception {
        System.out.println("实现Callable接口,重写call方法创建线程;线程名:"+ Thread.currentThread().getName());
        return "有返回的线程Call";
    }
}
class Main{
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //FutureTask futureTask = new FutureTask((Callable) new ThreadRunnable());
        //java8 Lambda表达式
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(new ThreadCallable());
        Thread thread = new Thread(futureTask);
        thread.start();
        System.out.println(futureTask.get());

        //Lambda
        FutureTask<Integer> task = new FutureTask<Integer>((Callable<Integer>)()->{
            int i = 0;
            for (;i<10;i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"===="+i);
            }
            return i;
        });
        new Thread(task).start();
        System.out.println(task.get());

    }
}

4.使用线程池例如用Executor框架(主要由三大部分组成)

1.任务
执行任务需要实现的Runnable接口或Callable接口。Runnable接口或Callable接口实现类都可以被ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor执行。(Runnable接口不会返回结果但是Callable接口可以返回结果。后面介绍Executors类的一些方法的时候会介绍到两者的相互转换)
2.执行任务
如下图所示,包括任务执行机制的核心接口Executor ,以及继承自Executor 接口的ExecutorService接口。ScheduledThreadPoolExecutor和ThreadPoolExecutor这两个关键类实现了ExecutorService接口。

image.png

3.获得结果
Future接口以及Future接口的实现类FutureTask类。 当我们把Runnable接口或Callable接口的实现类提交(调用submit方法)给ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor时,会返回一个FutureTask对象。

Executor 框架的使用示意图

image.png

1.主线程首先要创建实现Runnable或者Callable接口的任务对象。
2.然后可以把创建完成的Runnable对象直接交给ExecutorService执行
3.如果执行ExecutorService.submit(…),ExecutorService将返回一个实现Future接口的对象
4.最后,主线程可以执行FutureTask.get()方法来等待任务执行完成。主线程也可以执行FutureTask.cancel(boolean mayInterruptIfRunning)来取消此任务的执行。

二、Thread(线程)的五种状态

创建,就绪,运行,挂起(包括阻塞,睡眠,等待),结束

  1. 新建状态(New):新创建了一个线程对象。
    // 刚创建上但是不调用start()方法
      Thread t1 = new Thread(() -> {
          System.out.println("t1");
      }, "t1");

  1. 就绪状态(Runnable):线程对象创建后,其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中,变得可运行,等待获取CPU的使用权。
       //  等待获取CPU的使用权
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            System.out.println("t2 run");
        }, "t2");
        t2.start();

  1. 运行状态(Running):就绪状态的线程获取了CPU,执行程序代码。
       //  一直处于在运行的状态
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            while (true) {
 		 System.out.println("t2 run");
            }
        }, "t2");
        t2.start();

  1. 阻塞状态(Blocked):阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权,暂时停止运行。直到线程进入就绪状态,才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种:

     (一)、等待阻塞:运行的线程执行wait()方法,JVM会把该线程放入等待池中。
     (二)、同步阻塞:运行的线程在获取对象的同步锁时,若该同步锁被别的线程占用,则JVM会把该线程放入锁池中。
     (三)、其他阻塞:运行的线程执行sleep()或join()方法,或者发出了I/O请求时,JVM会把该线程置为阻塞状态。
     当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时,线程重新转入就绪状态。
    
 // TIMED_WAITING    TimeUnit.SECONDS.sleep()就是timed_waiting
    Thread t3 = new Thread(() -> {
        synchronized (ThreadStateDemo.class) {
            try {
                    // TimeUnit底层也是调用Thread.sleep()方法对
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }, "t3");
    t3.start();
    
    //WAIT join()就是wait
    Thread t4 = new Thread(() -> {
        try {
            t2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }, "t4");
    t4.start();

//由于上面的t3线程已经对ThreadStateDemo.class上锁  t5线程就拿不到这个对象就会陷入Blocked的阻塞状态
    Thread t5 = new Thread(() -> {
        synchronized (ThreadStateDemo.class) {
            log.info("BLOCKED...");
        }
    }, "t5");
    t5.start();
    
//线程已完成执行。
    Thread t6 = new Thread(() -> {
        log.info("就一行代码");
    }, "t6");
    t6.start();

  1. 结束状态(Dead):线程执行完了或者因异常退出了run()方法,该线程结束生命周期。

image.png

三、Thread的方法

1.sleep

睡眠几秒钟,让出CPU让别人执行。

2.yield

短暂的让一下CPU,谁能抢到就执行,抢不到还是原来的执行。

3.join

有ab两个线程。a线程在某一时刻调用了join(b线程),此时a线程sleep,直到b线程执行结束,a继续执行。注意自己join自己是不行的。

4.getState

得到线程的状态、一共六种:

image.png