Java基础十：线程启动和关闭

望佑
319 阅读5分钟

进程（Process）与线程（Thread）

进程（Process）

  • 定义：

    • 进程是系统进行资源分配和调度的独立单元，包含程序计数器、环境变量集、内存空间等系统资源，是程序的一次动态执行过程。

  • 特点：

    • 进程间相互独立，每个进程拥有各自的内存空间和系统资源。
    • 进程间通信需通过特定机制，如管道、消息队列、共享内存等。

  • Java与进程：

    • Java程序启动时自动创建进程，但Java不直接操作进程，而是由操作系统管理。
    • Java提供Runtime.getRuntime().exec(String command)等API来与本地进程交互，执行本地命令或程序。
线程（Thread）

  • 定义：

    • 线程是CPU调度和分派的基本单位，比进程更小。线程共享进程中的内存空间和系统资源，但拥有独立的执行栈和程序计数器。

  • 特点：

    • 线程间共享进程的内存空间，但每个线程的执行栈和程序计数器是独立的。
    • 线程间通信和同步变得尤为重要，需要确保数据一致性和避免竞争条件。

  • Java中的线程：

    • Java直接支持线程，通过java.lang.Thread类和实现Runnable接口来创建线程。
    • Java线程有五种状态：新建（NEW）、就绪（RUNNABLE）、运行（RUNNING，实际与RUNNABLE合并）、阻塞（BLOCKED）、终止（TERMINATED）。
线程状态详解

  • 新建（NEW）：

    • 线程已创建但尚未启动。

  • 就绪（RUNNABLE）：

    • 线程可被执行，但尚未分配到CPU时间片。

  • 运行（RUNNING）：

    • 实际执行中，但Java中将RUNNABLE和RUNNING视为同一状态。

  • 阻塞（BLOCKED）：

    • 线程因某些原因（如等待I/O、锁等）暂停执行。

  • 等待（WAITING）：

    • 无限期等待其他线程操作，如Object.wait()、Thread.join()。

  • 限时等待（TIMED_WAITING）：

    • 等待其他线程操作，但有时间限制，如Thread.sleep(long millis)。

  • 终止（TERMINATED）：

    • 线程执行完毕。
线程的启动与停止

  • 启动：

    • 通过调用线程的start()方法，使线程进入就绪状态，等待CPU分配时间片执行。

  • 停止：

    • Java不推荐直接停止线程，因为可能导致资源泄露或数据不一致。应使用以下方法：
      • 标志位：通过共享布尔变量控制线程执行循环。
      • interrupt()方法：请求线程中断自己，并在适当时候响应中断（如通过抛出InterruptedException）。
      • Future和ExecutorService：通过取消Future任务来停止线程池中的线程。
线程退出策略

  • 正常退出：

    • run()方法执行完毕。

  • interrupt()退出：

    • 线程检查中断状态，并响应中断（如结束循环）。

  • 守护线程（Daemon Thread）：

    • 随JVM退出而自动退出，但通常不推荐用于重要任务。
示例代码

  • 使用标志位：

    public class MyThread extends Thread {
    private volatile boolean running = true;

    public void run() {
        while (running) {
            try {
                // 执行任务
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
                running = false;
            }
        }
    }

    public void stopThread() {
        running = false;
    }
}

  • 使用interrupt()：

    • 当线程A调用线程B的interrupt()方法时，线程B的中断状态会被设置为true。如果线程B正在等待、休眠或阻塞，则会抛出InterruptedException，线程B可以捕获这个异常并处理。

  • 线程已经sleep半小时了，如何退出：

    • 在另一个线程中调用该线程的interrupt()方法，并在sleep调用所在的线程中捕获InterruptedException异常，然后处理（如退出循环）。

如果线程已经调用Thread.sleep(30 * 60 * 1000)（即半小时）并且你想中断它，你可以：

  1. 在另一个线程中调用该线程的interrupt()方法。
  2. 在sleep调用所在的线程中，捕获InterruptedException异常，并适当处理（如退出循环）。
try {
    Thread.sleep(30 * 60 * 1000); // 尝试休眠半小时
} catch (InterruptedException e) {
    // 处理中断，比如退出线程
    Thread.currentThread().interrupt(); // 可选，如果中断状态对后续操作重要
    return; // 或其他退出逻辑
}

public class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        try {
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                // 执行任务
                Thread.sleep(100);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            // 处理中断
        }
    }
}

  • 使用Future和ExecutorService：

  • 原理：如果你使用的是ExecutorService来管理线程池，则可以通过Future对象来取消任务的执行。Future.cancel(mayInterruptIfRunning)方法可以用来尝试取消任务的执行。

  • 实现：

    • 提交任务到ExecutorService，并获取返回的Future对象。
    • 使用Future.cancel(true)来尝试中断正在执行的任务（如果mayInterruptIfRunning为true）。
    • 关闭ExecutorService以释放资源。
    ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
Future<?> future = executor.submit(() -> {
    // 执行长时间运行的任务
});

future.cancel(true); // 尝试中断任务
executor.shutdown(); // 关闭线程池

  • 使用Future和ExecutorService：

    • 通过ExecutorService管理线程池，使用Future.cancel(true)尝试中断正在执行的任务。
sleep和wait方法的异同

  • 相同点：

    • 两者都会让当前线程暂停执行。

  • 不同点：

    • 调用方式：sleep是Thread类的方法，可在任何地方调用；wait是Object类的方法，只能在同步方法或同步块中调用。
    • 锁释放：sleep不释放锁；wait释放锁，并在被唤醒时重新获取锁。
    • 等待时间：sleep的暂停时间是固定的；wait可以等待直到被其他线程通知或超时。
    • 异常处理：两者都抛出InterruptedException，但wait后通常需要再次检查条件。
如何唤醒
  • wait：可通过其他线程调用该对象的notify()或notifyAll()方法来唤醒。
  • sleep：无法被其他线程直接唤醒，它会在指定的时间后自动醒来。
notify和notifyAll的区别
  • notify()：唤醒在此对象监视器上等待的单个线程（选择是任意的）。
  • notifyAll()：唤醒在此对象监视器上等待的所有线程，这些线程在获取对象的锁之后竞争继续执行。
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