Java线程笔记

前言

在运行一个Java线程之前需要构造一个线程对象,在构造线程对象的时候需要提供线程需要的属性,比如线程组、优先级、是否是Daemon线程等信息。调用start()去启动线程,是当前线程(parent线程)告知Java虚拟机,只要线程规划器空闲,就启动调用了start()方法的线程。
接下来对以下7点做个概括:

  • 线程状态
  • Daemon线程
  • 线程中断
  • 过期的suspend()、resume()、stop()
  • 安全地终止线程
  • 线程间通信(volatile、synchronized、等待/通知、管道、join())
  • ThreadLocal

线程状态

Java线程有6种不同的状态:

状态名称 说明
NEW 初始状态,线程被创建,但是还没有调用start()方法
RUNNABLE 运行状态,Java线程将操作系统中的就绪和运行统称为“运行中”
BLOCKED 阻塞状态,表示线程阻塞于锁
WAITING 等待状态,表示线程进入等待状态,需要其他线程进行一些特定操作(通知或中断)才能返回
TIME_WAITING 超时等待状态,与WAITING不同,超时后会自动返回
TERMINATED 终止状态,表示当前线程已经执行完毕

状态之间的变迁如下:


Java线程的状态变迁.png
  • 线程调用start()方法之后开始运行;
  • 当调用线程的wait()方法之后进入等待状态,等待状态下的线程需要其他线程调用notify()/notifyAll()方法之后才能返回运行状态。而超时等待状态加了超时限制,达到超时时间之后会返回运行状态;
  • 当线程调用同步方法时,没有获得锁的情况下,会进入阻塞状态,获取到锁之后返回运行状态;
  • 线程执行完Runable的run()方法之后进入终止状态;
  • 阻塞状态是线程进入synchronized关键字修饰的方法或者代码块时的状态;阻塞在java.concurrent包下的Lock接口则是等待状态。

Daemon线程

Daemon线程是支持性线程,在程序后台进行调度以及支持性工作。这意味着,当虚拟机不存在非Daemon线程,那么Java虚拟机将会退出。Daemon线程中finally块的内容将不会执行,因此不能在Daemon线程的finally块中做资源释放工作。
通过Thread.setDaemon(true)来设置Daemon线程,需要在start()方法调用之前设置。

线程中断

中断其实是线程中的一个标志位,其他线程通过调用该线程对象的interrupt()方法对其进行中断操作。线程对象通过检查自身是否被中断来进行响应,线程对象通过方法isInterrupted()来判断是否被中断,也可以通过Thread.interrupted()来复位中断标记位。如果线程处于终结状态,即使被调用了interrupt()方法,该线程对象的isInterrupted()返回的依然是false。还有许多声明抛出InterruptedException的方法(例如sleep(long millis)方法)在抛出异常之前会清空中断标识位(设置为false)。

过期的suspend()、resume()、stop()

调用suspend()之后,线程不会释放已经占有的资源(比如锁),而是占有着资源进入睡眠状态,这样容易引发死锁问题。调用stop()方法在终结一个线程时不会保证线程的资源正常释放,通常是没有给予线程完成资源释放工作的机会,因此会导致程序可能工作在不确定状态下。

安全地终止线程

线程的挂起suspend()方法以及停止stop()方法都不能安全地终止线程,那么只通过中断interrupt()方法来实现安全终止。

 class SaveShutdownRunnable implements Runnable {

        private volatile boolean mShutDown;
        private long i;

        @Override
        public void run() {

            while (!mShutDown && !Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                i++;
            }
        }

        public void cancel(){
            mShutDown = true;
        }

    }

线程间通信(volatile、synchronized、等待/通知、管道、join())

任意一个对象都拥有自己的监视器,当这个对象由同步块或者这个对象的同步方法调用时,执行方法的线程必须先获取该对象的监视器才能进入同步块或者同步方法,而没有获取到监视器(执行该方法)的线程将会被阻塞在同步块和同步方法的入口处,进入BLOCKED状态。
等待/通知机制,是指一个线程A调用了对象O的wait()方法进入等待状态,而另一个线程B调用了对象O的notify()或者notifyAll()方法,线程A接收到通知之后从对象O的wait()方法返回,继续执行后续的操作。
等待/通知机制依托于同步机制,其目的就是确保等待线程从wait()方法返回时能够感知到通知线程对变量做出的修改。可以得出如下细节:

  • 使用wait()notify()notifyAll()时需要先对调用对象加锁;
  • 调用wait()方法后,线程状态由RUNNING变成WAITING,并将当期线程放置到对象的等待队列;
  • notify()notifyAll()方法调用后,等待线程依旧不会从wait()返回,需要调用notify()notifyAll()的线程释放锁之后,等待线程才有机会从wait()返回;
  • notify()方法将等待队列中的一个等待线程从等待队列中移到同步队列中,而notifyAll()方法是将等待队列中所有的线程全部移到同步队列,被移动的线程状态由WAITING变为BLOCKED;
  • wait()方法返回的前提是获得调用对象的锁。
    等待/通知机制.png

    等待/通知的经典范式
  • 等待方伪代码:
// 获得对象的锁
synchronized(对象){
    // 条件不满足则调用对象的wait()方法
    while(条件不满足){
          对象.wait();
    }
    对应的处理逻辑
}
  • 通知方伪代码
// 获得对象的锁
synchronized(对象){
    改变条件
    对象.notifyAll();
}

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