一、创建线程

每个java程序在启动时，都已经创建了一个线程，这个线程就是main线程。
如果需要在main线程之外再创建线程，则可以通过多种方式创建线程。

1.方法一，直接使用Thread

// 创建线程对象
// 构造方法的参数是给线程指定名字
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");
            }
        };
// 启动线程
t1.start();

// 使用lambda表达式简写
Thread t2 = new Thread(() -> {
            log.debug("running");
        }, "t2");
t2.start();

2.方法二，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）

public static void main(String[] args) {
        Runnable r = () -> {
            log.debug("running");
        };
        Thread t = new Thread(r, "t");
        t.start();
    }

原理之 Thread 与 Runnable 之间的关系

继承 Thread 类创建线程，把线程和任务合并在一起了；实现Runnable接口，把线程和任务分开了。
用 Runnable 接口更容易与线程池等高级API配合，线程池只能放入实现 Runable 或 Callable 接口的线程，不能直接放入继承 Thread 的类。
用 Runnable 接口让任务类脱离 Thread 继承体系，使用更加灵活。
Thread 和 Runnable 实际执行的内容是各自重写的run方法中的内容。

Runnable源码

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
  // Runnable是函数式接口，只有一个抽象run方法
  public abstract void run();
}

Thread源码

// Thread实现了Runnable接口
public class Thread implements Runnable {
   // Thread 与 Runnable 之间是 组合关系
   // 合成复用原则是指：尽量先使用组合或者聚合等关联关系来实现，其次才考虑使用继承关系来实现。
   private Runnable target;
  
   // 带有 Runnable 参数、线程名参数 的构造方法
   public Thread(Runnable target, String name) {
        init(null, target, name, 0);
    }
    
   private void init(...){
      ...
      // 在init方法中将Runnable对象赋值给了 Thread 的成员变量 target
      this.target = target;
    }
    
    // ...此处省略其余源码
    
    // 1.传入的Runnable对象会在Thread的run方法中用到
    @Override
    public void run() {
    // Runnable对象不为空，则调用Runnable对象重写的run方法
        if (target != null) {
            target.run();
        }
    }
}

3. 方法三，使用 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。

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

       // 创建任务对象
       FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask(() -> {
           log.debug("callable执行任务");
           Thread.sleep(1000);
           return 100;
       });

       // 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名
       Thread t1 = new Thread(futureTask, "t1");
       t1.start();

       // 主线程阻塞，同步等待 futureTask 执行完毕的结果
       Integer result = futureTask.get();
       // 1秒后获取到结果
       log.debug("获取FutureTask结果：{}", result);
   }

22:36:52.884 c.FutureTaskThread [t1] - callable执行任务
22:36:53.899 c.FutureTaskThread [main] - 获取FutureTask结果：100

Process finished with exit code 0

Callable源码

// Callable是函数式接口，有返回结果，能抛出异常
@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}

FutureTask源码

// 1.FutureTask 能够接收 Callable 类型的参数，用来处理有返回结果的情况，get方法可以获取返回结果
// 2.FutureTask类是 Runnable接口 的扩展，FutureTask 既有Runnable中的run方法，又有Future中的get方法
public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {
  public FutureTask(Callable<V> callable) {
        if (callable == null)
            throw new NullPointerException();
        this.callable = callable;
        this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
    }
}

// 接口可以多继承
public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
    void run();
}

4. 方法四，线程池创建线程

public static void main(String[] args) {
	// 自定义线程池参数
    ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
        2, // 核心线程数
        5, // 最大线程数
        10, // 非核心线程的存活时间
        TimeUnit.SECONDS,
        new ArrayBlockingQueue<>(10),
        new AbortPolicy());

    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        int finalI = i;
        executor.execute(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " i:" + finalI);
        });
    }
}

Runnable和Callable接口比较
相同点：
- 两者都是接口，都可创建线程，都需要调用Thread.start()启动线程。
不同点：
- 实现Callable接口的线程能返回执行结果；而实现Runnable接口的线程不能返回结果；
- Callable接口的call()方法允许抛出异常；而Runnable接口的run()方法的不允许抛异常；
- 实现Callable接口的线程可以调用Future.cancel取消执行，而实现Runnable接口的线程不能；

二、运行线程

1. 查看进程和线程的方法

1.1 Windows

任务管理器可以查看进程和线程，也可以杀死线程。
tasklist 查看线程。
taskkill 杀死线程。加/F 强制杀死。

1.2 Java

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。(某一刻的快照信息)
jconsole 查看某个 java 进程中线程的运行情况（图形界面）。

在这里插入图片描述

1.3 Linux

ps -fe 查看所有进程。加 | grep 过滤关键字。
kill 杀死进程。
ps -ft -p 查看某个进程（PID）的所有线程。
top 按大写 H 切换是否显示线程。
top -H -p 查看某个进程（PID）的所有线程。

在这里插入图片描述

2. 线程运行原理

2.1 栈与栈帧

JVM 主要由堆、栈、方法区等组成，每个线程启动后，虚拟机会为其分配一块栈内存。
每个栈由多个栈帧（Frame）组成，栈帧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。

在这里插入图片描述

2. 2 栈帧图解

程序运行时，jvm会进行类加载，类的字节码指令被加载到方法区，类加载完成后，jvm会启动main主线程，并将栈内存分配给main线程，CPU中的任务调度器将会分配时间片给线程，调用线程中的方法时还会分配栈帧内存。
程序计数器是每个线程私有的，记录当前需要执行的代码，CPU通过程序计数器获取需要执行的代码。
栈帧创建时就会给局部变量表分配内存，而不是等到执行某行代码时再去分配内存；局部变量表存局部变量和方法参数，返回地址对应程序退出地址。
每个线程的栈内存是独立的，所以栈内存不是共享的，堆和方法区是共享的。

在这里插入图片描述

3. 线程上下文切换（Thread Context Switch）

线程上下文切换场景

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：（1）当前线程的 cpu 时间片用完，CPU去执行其他线程；（2）垃圾回收会暂停当前所有的工作线程，切换到垃圾回收线程工作；（3）有更高优先级的线程需要运行，当前线程让出CPU使用权；（4）当前线程主动调用 sleep、yield、wait、join、park、synchronized、lock 等方法让出CPU使用权；

频繁发生线程上下文切换会影响性能

当发生线程上下文切换时，需要由操作系统保存当前线程的状态信息，并恢复另一个线程的状态信息，Java 中对应的概念就是程序计数器（Program Counter Register），是线程私有的，它的作用是记住下一条 jvm 指令的执行地址。
状态信息包括程序计数器、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。
线程数超过了CPU核心数，CPU就会在线程之间来回切换，导致线程上下文切换，所以线程数不是越多越好。

三、线程常见方法

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 调度的机率，默认优先级是5
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
isAlive()		线程是否存活（还没有运行完毕）
isInterrupted()		判断是否被打断	不会清除打断标记
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

不推荐的方法

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	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

1. start 与 run

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

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

        t1.run();
        log.debug("do other things...");
    }

10:14:02.886 c.Test4 [main] - running...
10:14:02.890 c.FileReader [main] - read [Java核心技术 卷2 高级特性 原书第10版.pdf] start ...
10:14:03.703 c.FileReader [main] - read [Java核心技术 卷2 高级特性 原书第10版.pdf] end ... cost: 813 ms
10:14:03.704 c.Test4 [main] - do other things...

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

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

        t1.start();
        log.debug("do other things...");
    }

10:15:08.613 c.Test4 [main] - do other things...
10:15:08.613 c.Test4 [t1] - running...
10:15:08.618 c.FileReader [t1] - read [Java核心技术 卷2 高级特性 原书第10版.pdf] start ...
10:15:09.422 c.FileReader [t1] - read [Java核心技术 卷2 高级特性 原书第10版.pdf] end ... cost: 804 ms

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

2. sleep 与 yield

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，需要等到CPU分配时间片
建议用 TimeUnit 的 sleep 代替 Thread 的 sleep 来获得更好的可读性

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

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

        t1.start();
        log.debug("t1 state: {}", t1.getState());

        try {
        	// 让main线程休眠是为了能获取到 t1 休眠后的状态
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        log.debug("t1 state: {}", t1.getState());
    }

10:42:19.292 c.Test6 [main] - t1 state: RUNNABLE
10:42:19.810 c.Test6 [main] - t1 state: TIMED_WAITING

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

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread("t1") {
            @Override
            public void run() {
                log.debug("enter sleep...");
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                } catch (InterruptedException e) {
                    log.debug("wake up...");
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        t1.start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        log.debug("interrupt...");
        t1.interrupt();
    }

10:49:41.025 c.Test7 [t1] - enter sleep...
10:49:42.026 c.Test7 [main] - interrupt...
10:49:42.026 c.Test7 [t1] - wake up...
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
Disconnected from the target VM, address: '127.0.0.1:64497', transport: 'socket'
	at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
	at cn.itcast.test.Test7$1.run(Test7.java:14)

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，Runnable状态的线程仍然有机会被执行，所以yield不一定能让出时间片

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

4. 防止 CPU 占用100%

（1）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 Lock + 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

（2）wait 实现

synchronized(锁对象) {
    while(条件不满足) {
        try {
            锁对象.wait();
        } catch(InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    // do sth...
}

（3）Lock + 条件变量实现

lock.lock();
try {
    while(条件不满足) {
        try {
            条件变量.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    // do sth...
} finally {
    lock.unlock();
}

5. join 同步等待线程运行结束

（1）同步等待一个结果

不加 join

@Slf4j(topic = "c.Test10")
public class Test10 {
    static int r = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        test1();
    }
    private static void test1() throws InterruptedException {
        log.debug("开始");
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            log.debug("开始");
            sleep(1);
            log.debug("结束");
            r = 10;
        },"t1");
        t1.start();
        log.debug("结果为:{}", r);
        log.debug("结束");
    }
}

11:26:10.757 c.Test10 [main] - 开始
11:26:10.887 c.Test10 [t1] - 开始
11:26:10.887 c.Test10 [main] - 结果为:0
11:26:10.890 c.Test10 [main] - 结束
11:26:11.899 c.Test10 [t1] - 结束

分析

因为主线程和线程 t1 是并行执行的，t1 线程需要 1 秒之后才能算出 r=10
而主线程一开始就要打印 r 的结果，所以只能打印出 r=0

解决方法

用 join，加在 t1.start() 之后即可
加 join

@Slf4j(topic = "c.Test10")
public class Test10 {
    static int r = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        test1();
    }
    private static void test1() throws InterruptedException {
        log.debug("开始");
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            log.debug("开始");
            sleep(1);
            log.debug("结束");
            r = 10;
        },"t1");
        t1.start();
        log.debug("结果为:{}", r);
        log.debug("结束");
    }
}

11:29:15.751 c.Test10 [main] - 开始
11:29:15.832 c.Test10 [t1] - 开始
11:29:16.843 c.Test10 [t1] - 结束
11:29:16.843 c.Test10 [main] - 结果为:10
11:29:16.846 c.Test10 [main] - 结束

图解在这里插入图片描述

（2）同步等待多个结果

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

	public static void sleep(int i) {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(i);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        test2();
    }

    private static void test2() throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            sleep(1);
            r1 = 10;
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            sleep(2);
            r2 = 20;
        });
        t1.start();
        t2.start();
        long start = System.currentTimeMillis();
        log.debug("join begin");
        t1.join();
        log.debug("t1 join end");
        t2.join();
        log.debug("t2 join end");
        long end = System.currentTimeMillis();
        log.debug("r1: {} r2: {} cost: {}", r1, r2, end - start);
    }

}

11:44:53.981 c.TestJoin [main] - join begin
11:44:54.985 c.TestJoin [main] - t1 join end
11:44:55.987 c.TestJoin [main] - t2 join end
11:44:55.987 c.TestJoin [main] - r1: 10 r2: 20 cost: 2009

分析

t1.join()：等待 t1 时, t2 并没有停止, 也在运行
t2.join()：1s 后, 执行到此, t2 也运行了 1s, 因此也只需再等待 1s

图解在这里插入图片描述

（3）限定时间的等待

等够时间的join

@Slf4j(topic = "c.TestJoin")
public class TestJoin {
    static int r = 0;
    static int r1 = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        test3();
    }

    public static void test3() throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            sleep(2);
            r1 = 10;
        });

        long start = System.currentTimeMillis();
        t1.start();

        log.debug("join begin");
        t1.join(3000);
        long end = System.currentTimeMillis();
        log.debug("r1: {} cost: {}", r1, end - start);
    }

}

11:57:28.643 c.TestJoin [main] - join begin
11:57:30.652 c.TestJoin [main] - r1: 10 cost: 2011

没等够时间的join

@Slf4j(topic = "c.TestJoin")
public class TestJoin {
    static int r = 0;
    static int r1 = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        test3();
    }

    public static void test3() throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            sleep(2);
            r1 = 10;
        });

        long start = System.currentTimeMillis();
        t1.start();

        log.debug("join begin");
        t1.join(1000);
        long end = System.currentTimeMillis();
        log.debug("r1: {} cost: {}", r1, end - start);
    }

}

12:00:43.072 c.TestJoin [main] - join begin
12:00:44.088 c.TestJoin [main] - r1: 0 cost: 1019

6. interrupt

（1）打断 sleep，wait，join 的线程

这几个方法都会让线程进入阻塞状态
打断阻塞的线程, 会清空打断状态，以 sleep 为例

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            log.debug("sleep...");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3); // wait, join 同理
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"t1");

        t1.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        log.debug("interrupt");
        t1.interrupt();
        log.debug("打断标记:{}", t1.isInterrupted());
    }

12:14:15.286 c.Test11 [t1] - sleep...
12:14:16.293 c.Test11 [main] - interrupt
12:14:16.293 c.Test11 [main] - 打断标记:false
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
	at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
	at java.lang.Thread.sleep(Thread.java:340)
	at java.util.concurrent.TimeUnit.sleep(TimeUnit.java:386)
	at cn.itcast.test.Test11.lambda$main$0(Test11.java:14)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

（2）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
只是告诉被打断的线程，想要打断它，被打断的线程自己决定是否继续运行或中断

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            while(true) {
                boolean interrupted = Thread.currentThread().isInterrupted();
                if(interrupted) {
                    log.debug("被打断了, 退出循环");
                    break;
                }
            }
        }, "t1");
        t1.start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        log.debug("interrupt");
        t1.interrupt();
    }

12:23:09.177 c.Test12 [main] - interrupt
12:23:09.181 c.Test12 [t1] - 被打断了, 退出循环

（3）打断 park 线程

打断 park 线程, 不会清空打断状态
打断park后，打断标记变为true，调用isInterrupted()方法判断打断状态后，再调用LockSupport.park()方法时，线程不会被阻塞

@Slf4j(topic = "c.Test14")
public class Test14 {

    private static void test3() throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            log.debug("park...");
            LockSupport.park(); // 阻塞，被打断后，打断标记为true再往下执行
            log.debug("unpark...");
            log.debug("打断状态：{}", Thread.currentThread().isInterrupted());

			 // 打断标记为true时，park不会阻塞
            LockSupport.park();
            log.debug("unpark...");
        }, "t1");
        t1.start();

        sleep(1);
        t1.interrupt();

    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        test3();
    }
}

14:52:24.612 c.Test14 [t1] - park...
14:52:25.621 c.Test14 [t1] - unpark...
14:52:25.621 c.Test14 [t1] - 打断状态：true
14:52:25.623 c.Test14 [t1] - unpark...

打断park后，调用Thread.interrupted()方法判断完打断状态后，接着会清除打断标记，再调用LockSupport.park()时，又会被阻塞

@Slf4j(topic = "c.Test14")
public class Test14 {
private static void test3() throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            log.debug("park...");
            LockSupport.park();
            log.debug("unpark...");
//            log.debug("打断状态：{}", Thread.currentThread().isInterrupted());
            log.debug("打断状态：{}", Thread.interrupted());

            log.debug("Thread.interrupted()会清除打断标记，打断标记为{}， par在此处阻塞", Thread.currentThread().isInterrupted());
            LockSupport.park();
            log.debug("unpark...");
        }, "t1");
        t1.start();

        sleep(1);
        t1.interrupt();

    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        test3();
    }
}

14:57:35.569 c.Test14 [t1] - park...
14:57:36.579 c.Test14 [t1] - unpark...
14:57:36.579 c.Test14 [t1] - 打断状态：true
14:57:36.581 c.Test14 [t1] - Thread.interrupted()会清除打断标记，打断标记为false， park在此处阻塞

7. 守护线程

默认情况下，Java 进程需要等待所有线程都运行结束，才会结束。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。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            while (true) {
                if (Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                    break;
                }
            }
            log.debug("结束");
        }, "t1");
        // 设置守护线程
        t1.setDaemon(true);
        t1.start();

        // main线程结束，守护线程立刻结束
        Thread.sleep(1000);
        log.debug("结束");
    }

15:11:38.839 c.Test15 [main] - 结束

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

四、多线程设计模式之两阶段终止模式

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 一个料理后事的机会。

错误思路

使用线程对象的 stop() 方法停止线程
- stop 方法会真正杀死线程，如果这时线程锁住了共享资源，那么当它被杀死后就再也没有机会释放锁，其它线程将永远无法获取锁
使用 System.exit(int) 方法停止线程
- 我们目的仅是停止一个线程，但这种做法会让整个程序都停止

正确使用案例 在这里插入图片描述

@Slf4j(topic = "c.TestTwoPhaseTermination")
public class TestTwoPhaseTermination {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TwoPhaseTermination t = new TwoPhaseTermination();
        t.start();
        Thread.sleep(3500);
        log.debug("stop");
        t.stop();
    }
}

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

    // 启动监控线程
    public void start(){
        monitorThread = new Thread(() -> {
            while(true) {
                Thread current = Thread.currentThread();
                if(current.isInterrupted()) {
                    log.debug("料理后事");
                    break;
                }
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);// 如果在此处被打断，执行有异常流程
                    log.debug("执行监控记录");// 如果在此处被打断，执行无异常流程
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                    // 因为sleep出现异常后，会清除打断标记
                    // 所以需要重新设置打断标记
                    current.interrupt();
                }
                // 执行监控操作
            }
        },"监控线程");
        monitorThread.start();
    }

    // 停止监控线程
    public void stop() {
        monitorThread.interrupt();
    }

}

14:24:26.964 c.TwoPhaseTermination [监控线程] - 执行监控记录
14:24:27.970 c.TwoPhaseTermination [监控线程] - 执行监控记录
14:24:28.979 c.TwoPhaseTermination [监控线程] - 执行监控记录
14:24:29.462 c.TestTwoPhaseTermination [main] - stop
14:24:29.463 c.TwoPhaseTermination [监控线程] - 料理后事
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
	at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
	at java.lang.Thread.sleep(Thread.java:340)
	at java.util.concurrent.TimeUnit.sleep(TimeUnit.java:386)
	at cn.itcast.n3.TwoPhaseTermination.lambda$start$0(TestTwoPhaseTermination.java:33)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

五、线程状态

1. 操作系统层面的5种线程状态

在这里插入图片描述（1）【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(还未start)。

（2）【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。

（3）【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。

（4）【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。

（5）【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。

2. Java API 层面的6种线程状态

根据 Thread.State 枚举，分为六种状态
【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
【TERMINATED】当前线程代码运行结束

（1）演示 IO 操作时的线程状态

文件读取操作，在操作系统层面是【阻塞状态】
但是在 Java API 层面是【RUNNABLE】

在这里插入图片描述

（2）演示6种线程状态

@Slf4j(topic = "c.TestState1")
public class TestState1 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {

        }, "t1");

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

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

        Thread t3 = new Thread(() -> {
            log.info("t3执行完就结束");
        }, "t3");
        t3.start();

        Thread t4 = new Thread(() -> {
            synchronized (TestState1.class) {
                try {
                    Thread.sleep(100000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "t4");
        t4.start();

        Thread t5 = new Thread("t5"){
            @Override
            public void run() {
                try {
                    t2.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        t5.start();

        Thread t6 = new Thread(() -> {
            synchronized (TestState1.class) {

            }
        }, "t6");
        t6.start();

        log.info("t1还没start时的状态：{}", t1.getState());
        log.info("t2 start后空循环时的状态：{}", t2.getState());
        log.info("t3执行完就结束的状态：{}", t3.getState());
        log.info("t4拿着锁休眠时的状态：{}", t4.getState());
        log.info("t2一直空循环，t5等待t2时的状态：{}", t5.getState());
        log.info("t6与t4抢同一把锁时的状态：{}", t6.getState());
    }
}

15:54:12.641 c.TestState1 [t3] - t3执行完就结束
15:54:12.641 c.TestState1 [main] - t1还没start时的状态：NEW
15:54:12.645 c.TestState1 [main] - t2 start后空循环时的状态：RUNNABLE
15:54:12.645 c.TestState1 [main] - t3执行完就结束的状态：TERMINATED
15:54:12.645 c.TestState1 [main] - t4拿着锁休眠时的状态：TIMED_WAITING
15:54:12.646 c.TestState1 [main] - t2一直空循环，t5等待t2时的状态：WAITING
15:54:12.646 c.TestState1 [main] - t6与t4抢同一把锁时的状态：BLOCKED

3. 线程状态转换

情况 1 NEW --> RUNNABLE

当调用 t.start() 方法时，由 NEW --> RUNNABLE

情况 2 RUNNABLE <--> WAITING

t 线程用 synchronized(obj) 获取了对象锁后
- 调用 obj.wait() 方法时，t 线程从 RUNNABLE --> WAITING
- 调用 obj.notify() ， obj.notifyAll() ， t.interrupt() 时
  - 竞争锁成功，t 线程从 WAITING --> RUNNABLE
  - 竞争锁失败，t 线程从 WAITING --> BLOCKED

情况 3 RUNNABLE <--> WAITING

例如：当前线程时main线程
当前线程调用 t.join() 方法时，当前线程从 RUNNABLE --> WAITING
- 注意是当前线程在t 线程对象的监视器上等待
t 线程运行结束，或调用了当前线程的 interrupt() 时，当前线程从 WAITING --> RUNNABLE

情况 4 RUNNABLE <--> WAITING

当前线程调用 LockSupport.park() 方法会让当前线程从 RUNNABLE --> WAITING
调用 LockSupport.unpark(目标线程) 或调用了目标线程的 interrupt() ，会让目标线程从 WAITING -->RUNNABLE

情况 5 RUNNABLE <--> TIMED_WAITING

t 线程用 synchronized(obj) 获取了对象锁后
调用 obj.wait(long n) 方法时，t 线程从 RUNNABLE --> TIMED_WAITING
t 线程等待时间超过了 n 毫秒，或调用 obj.notify() ， obj.notifyAll() ， t.interrupt() 时
- 竞争锁成功，t 线程从 TIMED_WAITING --> RUNNABLE
- 竞争锁失败，t 线程从 TIMED_WAITING --> BLOCKED

情况 6 RUNNABLE <--> TIMED_WAITING

当前线程调用 t.join(long n) 方法时，当前线程从 RUNNABLE --> TIMED_WAITING
- 注意是当前线程在t 线程对象的监视器上等待
当前线程等待时间超过了 n 毫秒，或t 线程运行结束，或调用了当前线程的 interrupt() 时，当前线程从TIMED_WAITING --> RUNNABLE

情况 7 RUNNABLE <--> TIMED_WAITING

当前线程调用 Thread.sleep(long n) ，当前线程从 RUNNABLE --> TIMED_WAITING
当前线程等待时间超过了 n 毫秒，当前线程从 TIMED_WAITING --> RUNNABLE

情况 8 RUNNABLE <--> TIMED_WAITING

当前线程调用 LockSupport.parkNanos(long nanos) 或 LockSupport.parkUntil(long millis) 时，当前线程从 RUNNABLE --> TIMED_WAITING
调用 LockSupport.unpark(目标线程) 或调用了目标线程的 interrupt() ，或是等待超时，会让目标线程从TIMED_WAITING--> RUNNABLE

情况 9 RUNNABLE <--> BLOCKED

t 线程用 synchronized(obj) 获取了对象锁时如果竞争失败，从 RUNNABLE --> BLOCKED
持 obj 锁线程的同步代码块执行完毕，会唤醒该对象上所有 BLOCKED 的线程重新竞争，如果其中 t 线程竞争成功，从 BLOCKED --> RUNNABLE ，其它失败的线程仍然 BLOCKED

情况 10 RUNNABLE <--> TERMINATED

当前线程所有代码运行完毕，进入TERMINATED

全面深入学习Java并发编程-第二章

一、创建线程

1.方法一，直接使用Thread

2.方法二，使用 Runnable 配合 Thread

3. 方法三，使用 FutureTask 配合 Thread

4. 方法四，线程池创建线程

二、运行线程

1. 查看进程和线程的方法

1.1 Windows

1.2 Java

1.3 Linux

2. 线程运行原理

2.1 栈与栈帧

2. 2 栈帧图解

3. 线程上下文切换（Thread Context Switch）

三、线程常见方法

1. start 与 run

2. sleep 与 yield

3. 线程优先级

4. 防止 CPU 占用100%

5. join 同步等待线程运行结束

6. interrupt

7. 守护线程

四、多线程设计模式之两阶段终止模式

五、线程状态

1. 操作系统层面的5种线程状态

2. Java API 层面的6种线程状态

3. 线程状态转换