Java并发编程(线程 的生命周期和基本方法)

it2023-02-04  52

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线程的生命周期(状态)新建状态(NEW)就绪状态(RUNNABLE)运行状态(RUNNING)阻塞状态(BLOCKED)线程死亡(DEAD) 终止线程的4种方式1. 正常运行结束2. 使用退出标志退出线程3. Interrupt 方法结束线程4. stop 方法终止线程(线程不安全) 线程的基本方法线程等待:wait方法线程睡眠:sleep方法线程让步:yield方法线程中断:interrupt方法线程加入:join方法线程唤醒:notify方法后台守护线程:setDaemon方法方法对线程状态的影响sleep 与 wait 区别start 与 run 区别


线程的生命周期(状态)

当线程被创建并启动以后,它既不是一启动就进入了执行状态,也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中,它要经过新建(New)、就绪(Runnable)、运行(Running)、阻塞(Blocked)和死亡(Dead) 5 种状态。尤其是当线程启动以后,它不可能一直"霸占"着 CPU 独自运行,所以 CPU 需要在多条线程之间切换,于是线程状态也会多次在运行、阻塞之间切换。线程状态转换流程图: 调用new方法新建一个线程,这时线程处于新建状态。调用start方法启动一个线程,这时线程处于就绪状态。处于就绪状态的线程等待线程获取CPU资源,在等待其获取CPU资源后线程会执行run方法进入运行状态。正在运行的线程在调用了yield方法或失去处理器资源时,会再次进入就绪状态。正在执行的线程在执行了sleep方法、I/O阻塞、等待同步锁、等待通知、调用suspend方法等操作后,会挂起并进入阻塞状态,进入Blocked池。阻塞状态的线程由于出现sleep时间已到、I/O方法返回、获得同步锁、收到通知、调用resume方法等情况,会再次进入就绪状态,等待CPU时间片的轮询。该线程在获取CPU资源后,会再次进入运行状态。处于运行状态的线程,在调用run方法或call方法正常执行完成、调用stop方法停止线程或者程序执行错误导致异常退出时,会进入死亡状态。

新建状态(NEW)

当程序使用 new 关键字创建了一个线程之后,该线程就处于新建状态,此时仅由 JVM 为其分配内存,并初始化其成员变量的值。

就绪状态(RUNNABLE)

当线程对象调用了 start()方法之后,该线程处于就绪状态。Java 虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器,等待调度运行。

运行状态(RUNNING)

如果处于就绪状态的线程获得了 CPU,开始执行 run()方法的线程执行体,则该线程处于运行状态

阻塞状态(BLOCKED)

阻塞状态是指线程因为某种原因放弃了 cpu 使用权,也即让出了 cpu timeslice,暂时停止运行。直到线程进入可运行(runnable)状态,才有机会再次获得 cpu timeslice 转到运行(running)状态。

阻塞的情况分三种:

等待阻塞(o.wait->等待对列): 运行(running)的线程执行 o.wait()方法,JVM 会把该线程放入等待队列(waitting queue)中。同步阻塞(lock->锁池) 运行(running)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(lock pool)中。其他阻塞(sleep/join) 运行(running)的线程执行 Thread.sleep(long ms)或 t.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,线程重新转入可运行(runnable)状态。

线程死亡(DEAD)

线程会有三种方式结束,结束后就是死亡状态。

正常结束 run()或 call()方法执行完成,线程正常结束。异常结束 线程抛出一个未捕获的 Exception 或 Error。调用stop 调用线程对象的stop方法手动结束运行中的线程(该方式会瞬间释放线程占用的同步对象锁,导致锁混乱和死锁,不推荐使用)。

终止线程的4种方式

1. 正常运行结束

程序运行结束,线程自动结束。

2. 使用退出标志退出线程

一般 run()方法执行完,线程就会正常结束,然而,常常有些线程是伺服线程。它们需要长时间的运行,只有在外部某些条件满足的情况下,才能关闭这些线程。使用一个变量来控制循环,例如:最直接的方法就是设一个 boolean 类型的标志,并通过设置这个标志为 true 或 false 来控制 while循环是否退出。

public class ThreadSafe extends Thread { public volatile boolean exit = false; public void run() { while (!exit){ //do something } } }

定义了一个退出标志 exit,当 exit 为 true 时,while 循环退出,exit 的默认值为 false.在定义 exit时,使用了一个 Java 关键字 volatile,这个关键字的目的是使 exit 同步,也就是说在同一时刻只能由一个线程来修改 exit 的值。

3. Interrupt 方法结束线程

使用 interrupt()方法来中断线程有两种情况:

(1)线程处于阻塞状态: 如使用了 sleep,同步锁的 wait,socket 中的 receiver,accept 等方法时,会使线程处于阻塞状态。当调用线程的 interrupt()方法时,会抛出 InterruptException 异常。阻塞中的那个方法抛出这个异常,通过代码捕获该异常,然后 break 跳出循环状态,从而让我们有机会结束这个线程的执行。通常很多人认为只要调用 interrupt 方法线程就会结束,实际上是错的, 一定要先捕获 InterruptedException 异常之后通过 break 来跳出循环,才能正常结束 run 方法。 (2)线程未处于阻塞状态: 使用 isInterrupted()判断线程的中断标志来退出循环。当使用interrupt()方法时,中断标志就会置 true,和使用自定义的标志来控制循环是一样的道理。

public class ThreadSafe extends Thread { public void run() { while (!isInterrupted()){ //非阻塞过程中通过判断中断标志来退出 try{ Thread.sleep(5*1000);//阻塞过程捕获中断异常来退出 }catch(InterruptedException e){ e.printStackTrace(); break;//捕获到异常之后,执行 break 跳出循环 } } } }

4. stop 方法终止线程(线程不安全)

程序中可以直接使用 thread.stop()来强行终止线程,但是 stop 方法是很危险的,就象突然关闭计算机电源,而不是按正常程序关机一样,可能会产生不可预料的结果,不安全主要是:thread.stop()调用之后,创建子线程的线程就会抛出 ThreadDeatherror 的错误,并且会释放子线程所持有的所有锁。一般任何进行加锁的代码块,都是为了保护数据的一致性,如果在调用thread.stop()后导致了该线程所持有的所有锁的突然释放(不可控制),那么被保护数据就有可能呈现不一致性,其他线程在使用这些被破坏的数据时,有可能导致一些很奇怪的应用程序错误。因此,并不推荐使用 stop 方法来终止线程。

线程的基本方法

线程等待:wait方法线程睡眠:sleep方法线程让步:yield方法线程中断:interrupt方法线程加入:join方法线程唤醒:notify方法后台守护线程:setDaemon方法

线程等待:wait方法

线程调用wait方法会进入WAITING状态,只有等到其他线程的通知或被中断后才会返回。在调用wait方法后会释放对象的锁,因此wait方法一般被用于同步方法或同步代码块中。

线程睡眠:sleep方法

调用sleep方法会导致当前线程休眠。与wait方法不同的是,sleep方法不会释放当前占有的锁,会导致线程进入TIMED-WATING状态,而wait方法会导致当前线程进入WATING状态。

线程让步:yield方法

调用yield方法会使当前线程让出(释放)CPU执行时间片,与其他线程一起重新竞争CPU时间片。在一般情况下,优先级高的线程更有可能竞争到CPU时间片,但这不是绝对的,有的操作系统对线程的优先级并不敏感。

线程中断:interrupt方法

interrupt方法用于向线程发行一个终止通知信号,会影响该线程内部的一个中断标识位,这个线程本身并不会因为调用了interrupt方法而改变状态(阻塞、终止等)。状态的具体变化需要等待接收到中断标识的程序的最终处理结果来判定 。对interrupt方法的理解需要注意以下4个核心点。 调用interrupt方法并不会中断一个正在运行的线程,也就是说处于Running状态的线程并不会因为被中断而终止,仅仅改变了内部维护的中断标识位而已。源码如下: public static boolean interrupted() { return currentThread().isInterrupted(true); } public boolean isInterrupted() { return isInterrupted(false); } 若因为调用sleep方法而使线程处于TIMED-WATING状态,则这时调用interrupt方法会抛出InterruptedException,使线程提前结束TIMED-WATING状态。许多声明抛出InterruptedException的方法如Thread.sleep(long mills),在抛出异常前都会清除中断标识位,所以在抛出异常后调用isInterrupted方法将会返回false。中断状态是线程固有的一个标识位,可以通过此标识位安全终止线程。比如,在想终止一个线程时,可以先调用该线程的interrupt方法,然后在线程的run方法中根据该线程isInterrupted方法的返回状态值安全终止线程。

线程加入:join方法

join方法用于等待其他线程终止,如果在当前线程中调用一个线程的join方法,则当前线程转为阻塞状态,等到另一个线程结束,当前线程再由阻塞状态转为就绪状态,等待获取CPU的使用权。在很多情况下,主线程生成并启动了子线程,需要等到子线程返回结果并收集和处理再退出,这时就要用到join方法。使用: System.out.println("==子线程运行开始=="); TestThread thread = new TestThread(); //等待子线程 thread 执行结束 thread.join(); System.out.println("==子线程join()结束,开始主线程==");

线程唤醒:notify方法

Object类有个notify方法,用于唤醒在此对象监视器上等待的一个线程,如果所有线程都在此对象上等待,则会选择唤醒其中一个线程,选择是任意的。我们通常调用其中一个对象的wait方法在对象的监视器上等待,直到当前线程放弃此对象上的锁定,才能继续执行被唤醒的线程,被唤醒的线程将以常规方式与在该对象上主动同步的其他线程竞争。类似的方法还有notifyAll,用于唤醒在监视器上等待的所有线程。

后台守护线程:setDaemon方法

setDaemon方法用于定义一个守护线程,也叫作“服务线程”,该线程是后台线程,有一个特性,即为用户线程提供公共服务,在没有用户线程可服务时会自动离开。守护线程的优先级较低,用于为系统中的其他对象和线程提供服务。将一个用户线程设置为守护线程的方法是在线程对象创建之前用线程对象的setDaemon(true)来设置。在后台守护线程中定义的线程也是后台守护线程。后台守护线程是JVM级别的,比如垃圾回收线程就是一个经典的守护线程,在我们的程序中不再有任何线程运行时,程序就不会再产生垃圾,垃圾回收器也就无事可做,所以在回收JVM上仅剩的线程时,垃圾回收线程会自动离开。它始终在低级别的状态下运行,用于实时监控和管理系统中的可回收资源。守护线程是运行在后台的一种特殊线程,独立于控制终端并且周期性地执行某种任务或等待处理某些已发生的事件。也就是说,守护线程不依赖于终端,但是依赖于JVM,与JVM“同生共死”。 在JVM中的所有线程都是守护线程时,JVM就可以退出了,如果还有一个或一个以上的非守护线程,则JVM不会退出。

方法对线程状态的影响

sleep 与 wait 区别

对于 sleep()方法,我们首先要知道该方法是属于 Thread 类中的。而 wait()方法,则是属于Object 类中的。sleep()方法导致了程序暂停执行指定的时间,让出 cpu 该其他线程,但是他的监控状态依然保持者,当指定的时间到了又会自动恢复运行状态。在调用 sleep()方法的过程中,线程不会释放对象锁。而当调用 wait()方法的时候,线程会放弃对象锁,进入等待此对象的等待锁定池,只有针对此对象调用 notify()方法后本线程才进入对象锁定池准备获取对象锁进入运行状态。

start 与 run 区别

start()方法来启动线程,真正实现了多线程运行。这时无需等待 run 方法体代码执行完毕,可以直接继续执行下面的代码。通过调用 Thread 类的 start()方法来启动一个线程, 这时此线程是处于就绪状态, 并没有运行。方法 run()称为线程体,它包含了要执行的这个线程的内容,线程就进入了运行状态,开始运行 run 函数当中的代码。 Run 方法运行结束, 此线程终止。然后 CPU 再调度其它线程。
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