java线程一、创建和运行线程 1.1 方法一，直接使用 Thread 输出：16:24:59.007 [Thread-

一、创建和运行线程

1.1 方法一，直接使用 Thread

Thread thread = new Thread() { //匿名内部类，创建线程
    @Override
    public void run() { //重写要执行的任务
      log.error("开启线程");
    }
};
thread.start(); //启动线程

输出：16:24:59.007 [Thread-1] ERROR com.ssm.user.juc.test - 开启线程

Thread thread = new Thread("ssm") { // 构造方法的参数是给线程指定名字，推荐
    @Override
    public void run() {
        log.error("开启线程");
    }
};
thread.start();

输出：16:25:41.619 [ssm] ERROR com.ssm.user.juc.test - 开启线程

1.2 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）

// 创建任务对象
Runnable runnable = new Runnable() {
    @Override
    public void run() { // 要执行的任务
        log.error("执行线程");
    }
};

Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();

输出：16:24:59.007 [Thread-1] ERROR com.ssm.user.juc.test - 执行线程

// 创建任务对象
Runnable runnable = new Runnable() {
    @Override
    public void run() { // 要执行的任务
        log.error("执行线程");
    }
};
// 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐
Thread thread = new Thread(runnable, "ssm");
thread.start();

输出：16:28:28.689 [ssm] ERROR com.ssm.user.juc.test - 执行线程

Java 8 以后可以使用 lambda 精简代码

Runnable runnable = () -> log.error("执行线程");

Thread thread = new Thread(runnable, "ssm");
thread.start();

1.3 原理之 Thread 与 Runnable 的关系

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

1.4 方法三，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

1.4.1 Callable接口

Callable接口和runnable接口类似，本质上描述的也是任务

但是，Callable接口相比于Runnable接口，新增了两个功能:

1.让执行的任务拥有了返回值，返回值的类型为Callable接口当中的泛型

2.让执行过程中出现的异常可以及时被声明

1.4.2 FutureTask接口

使用步骤

创建一个FutureTask对象，泛型为构造方法当中callable接口任务的泛型 （即任务的返回值类型）。
创建一个线程对象t，把FutureTask的实例作为参数传递给线程对象t。
启动线程

获取任务的返回值

是通过FutureTask的get()方法获取任务的返回值的。

需要注意的是，当线程开启开始执行任务后即thread.start()后，主线程main会继续往下执行，但当执行到获取任务返回值的代码时即task.get()，任务还未执行完，此时主线程main会阻塞等待，直达任务执行完，才往下执行

此时main线程为调用get()方法的线程，那么也就意味着main线程需要阻塞等待，直到任务执行完毕，获取到返回值。

package com.ssm.user.juc;


import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

@Slf4j
public class test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建任务对象
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask(new Callable() {
            @Override
            public Integer call() throws Exception {
                int sum = 0;
                for(int i = 0; i < 100000; i ++) {
                    sum += i;
                }
                log.error("执行任务中，sum:{}", sum);
                return sum;
            }
        });
        
        // 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐
        Thread thread = new Thread(futureTask, "ssm");
        thread.start();
        try {
            log.error("main继续执行");
            // 主线程阻塞，同步等待 task 执行完毕的结果
            Integer sum = futureTask.get();
            log.error("执行结束，sum:{}", sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (ExecutionException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

lamdba简化：

FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(() -> {
    int sum = 0;
    for(int i = 0; i < 1000; i ++) {
        sum += i;
    }
    log.error("执行任务中，sum:{}", sum);
   return sum;
});

输出：

18:02:32.320 [main] ERROR com.ssm.user.juc.test - main继续执行
18:02:32.320 [ssm] ERROR com.ssm.user.juc.test - 执行任务中，sum:499500
18:02:32.326 [main] ERROR com.ssm.user.juc.test - 执行结束，sum:499500

二、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

三、查看进程线程的方法

windows下出现异常(例如jps看不到,jconsole也没有可用pid),尝试管理员身份运行cmd

cmd在 C:\Users{用户名}\AppData\Roaming\Microsoft\Windows\Start Menu\Programs\System Tools

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
tasklist 查看进程
taskkill 杀死进程

3.2 linux

ps -fe 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

四、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

4.2 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

五、常见方法

5.1 概述

5.2 start 与 run

1.调用 run

new Thread(() -> {
    log.error(Thread.currentThread().getName());
}, "ssm").run();

log.error("end...");

输出：

09:56:57.816 [main] ERROR com.ssm.user.juc.test - main
09:56:57.822 [main] ERROR com.ssm.user.juc.test - end...

程序仍在 main 线程运行，run方法内部调用还是同步的.

2.调用start

new Thread(() -> {
    log.error(Thread.currentThread().getName());
}, "ssm").start();

log.error("end...");

输出：

09:57:46.168 [main] ERROR com.ssm.user.juc.test - end...
09:57:46.168 [ssm] ERROR com.ssm.user.juc.test - ssm

程序在 ssm 线程运行，run方法内部调用是异步的

3.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

5.3 sleep 与 yield

1.sleep

1. 调用 sleep 会让当前线程从 Running进入 Timed Waiting 状态（阻塞）
1. 其它线程可以使用 interrupt 方法 (睡眠线程对象.interrupt) 打断正在睡眠的线程，这时 sleep 方法会抛出 InterruptedException
1. 睡眠结束后的线程未必会立刻得到执行
1. 建议用 TimeUnit 的 sleep 代替 Thread 的 sleep 来获得更好的可读性

2.yield

1. 调用 yield 会让当前线程从 Running 进入 Runnable就绪状态(cpu仍会分给少量时间切片)，然后调度执行其它线程
1. 具体的实现依赖于操作系统的任务调度器

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.案例防止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)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();
}

5.4 join方法详解

1.为什么需要join

下面的代码执行，打印 r 是什么？

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.start();
    log.debug("结果为:{}", r);
    log.debug("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

主线程也sleep 不推荐（不清楚线程t1执行花费多长时间，即不清楚主线程sleep多久）
用 join，加在 t1.start() 之后即可

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.start();
    t1.join();
    log.debug("结果为:{}", r);
    log.debug("结束");
}

主线程执行到t1.join时卡住，等待t1线程执行完再往下执行

2.等待多少结果

问，下面代码 cost 大约多少秒？

static int r1 = 0;
static int r2 = 0;
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;
    });
    long start = System.currentTimeMillis();
    t1.start();
    t2.start();
    t1.join();
    t2.join();
    long end = System.currentTimeMillis();
    log.debug("r1: {} r2: {} cost: {}", r1, r2, end - start);
}

分析如下

第一个 join：等待 t1 时, t2 并没有停止, 而在运行
第二个 join：1s 后, 执行到此, t2 也运行了 1s, 因此也只需再等待 1s

如果颠倒两个 join 呢？（运行到t1.join时，t1线程已执行完，无需等待）

最终都是输出

20:45:43.239 [main] c.TestJoin - r1: 10 r2: 20 cost: 2005

3.有时效的join

(1)等够时间

static int r1 = 0;
static int r2 = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    test3();
}
public static void test3() throws InterruptedException {
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        sleep(1); //1s
        r1 = 10;
    });
    long start = System.currentTimeMillis();
    t1.start();
    // 线程执行结束会导致 join 结束
    t1.join(1500);
    long end = System.currentTimeMillis();
    log.debug("r1: {} r2: {} cost: {}", r1, r2, end - start);
}

输出

20:48:01.320 [main] c.TestJoin - r1: 10 r2: 0 cost: 1010

(2)没等够时间

static int r1 = 0;
static int r2 = 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();
    // 线程执行结束会导致 join 结束
    t1.join(1500);
    long end = System.currentTimeMillis();
    log.debug("r1: {} r2: {} cost: {}", r1, r2, end - start);
}

输出

20:52:15.623 [main] c.TestJoin - r1: 0 r2: 0 cost: 1502

5.5 interrupt 方法详解

线程对象.isInterrupted判断该线程是否被打断，有打断状态为true，无打断状态为false

判断线程打断状态的两个方法：isInterrupted不会清除打断标记，Interrupted清除打断标记

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 sleep、wait、join 的线程, 会清空打断状态，以 sleep 为例

private static void test1() throws InterruptedException {
    Thread t1 = new Thread(()->{
        sleep(1);
    }, "t1");
    t1.start();
    sleep(0.5);
    t1.interrupt();
    log.debug(" 打断状态: {}", t1.isInterrupted());
}

输出

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.n2.util.Sleeper.sleep(Sleeper.java:8)
     at cn.itcast.n4.TestInterrupt.lambda$test1$3(TestInterrupt.java:59)
     at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
21:18:10.374 [main] c.TestInterrupt - 打断状态: false

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

private static void test2() throws InterruptedException {
    Thread t2 = new Thread(()->{
        while(true) {
            Thread current = Thread.currentThread();
            boolean interrupted = current.isInterrupted();
            if(interrupted) {
                log.debug(" 打断状态: {}", interrupted);
                break;
            }
        }
    }, "t2");
    t2.start();
    sleep(0.5);
    t2.interrupt();
}

输出

20:57:37.964 [t2] c.TestInterrupt - 打断状态: true

3.两阶段终止模式

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。

(1)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
- 目的仅是停止一个线程，但这种做法会让整个程序都停止

(2)利用 isInterrupted

interrupt 可以打断正在执行的线程，无论这个线程是在 sleep，wait，还是正常运行

class TPTInterrupt {
    private Thread thread;
    public void start(){
        thread = new Thread(() -> {
            while(true) {
                Thread current = Thread.currentThread();
                if(current.isInterrupted()) {
                    log.debug("料理后事");
                    break;
                }
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                    log.debug("将结果保存");
                } catch (InterruptedException e) {
                    //sleep被打断后会清除打断标记，重新设置打断标记
                    current.interrupt(); 
                }
                // 执行监控操作 
            }
        },"监控线程");
        thread.start();
    }
    public void stop() {
        thread.interrupt();
    }
}

调用

TPTInterrupt t = new TPTInterrupt();
t.start();

Thread.sleep(3500);
log.debug("stop");
t.stop();

结果

11:49:42.915 c.TwoPhaseTermination [监控线程] - 将结果保存
11:49:43.919 c.TwoPhaseTermination [监控线程] - 将结果保存
11:49:44.919 c.TwoPhaseTermination [监控线程] - 将结果保存
11:49:45.413 c.TestTwoPhaseTermination [main] - stop 
11:49:45.413 c.TwoPhaseTermination [监控线程] - 料理后事

4.打断park线程

线程运行到park时，会停止，被打断后才能往下执行，且打断park后不会清空打断状态

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());
    }, "t1");
    t1.start();
    sleep(0.5);
    t1.interrupt();
}

输出

21:11:52.795 [t1] c.TestInterrupt - park... 
21:11:53.295 [t1] c.TestInterrupt - unpark... 
21:11:53.295 [t1] c.TestInterrupt - 打断状态：true

如果打断标记已经是 true, 则 park 会失效 可使用Thread.currentThread().isInterrupted()清空当前线程的打断标记

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());
        LockSupport.park();
        log.debug("unpark...");
    }, "t1");
    t1.start();
    sleep(0.5);
    t1.interrupt();
}

输出

21:11:52.795 [t1] c.TestInterrupt - park... 
21:11:53.295 [t1] c.TestInterrupt - unpark... 
21:11:53.295 [t1] c.TestInterrupt - 打断状态：true
21:11:53.296 [t1] c.TestInterrupt - unpark...

5.6 不推荐的方法

还有一些不推荐使用的方法，这些方法已过时，容易破坏同步代码块，造成线程死锁

六、主线程与守护线程

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。

log.error("主线程开始...");
Thread thread = new Thread(() -> {
    log.error("守护线程开始...");
    try {
        Thread.sleep(2000L);
        log.error("守护线程结束...");
    } catch (InterruptedException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
}, "Daemon");

thread.setDaemon(true);
thread.start();
Thread.sleep(1000L); //防止主线程在thread前执行
log.error("主线程结束...");

输出：

15:11:49.152 [main] ERROR com.ssm.user.juc.test - 主线程开始...
15:11:49.159 [Daemon] ERROR com.ssm.user.juc.test - 守护线程开始...
15:11:50.167 [main] ERROR com.ssm.user.juc.test - 主线程结束...

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

七、五种状态 ( 操作系统层面)

这是从 操作系统 层面来描述的

【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
【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
【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
【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
【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

八、六种状态(Thread.State)

这是从 Java API 层面来描述的

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，后面会在状态转换一节详述
TERMINATED 当线程代码运行结束

java线程