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线程的状态及常用方法

news 2024/9/25 19:17:46

1. 线程的状态

  • 在Java程序中，一个线程对象通过调用start()方法启动线程，并且在线程获取CPU时，自动执行run()方法。run()方法执行完毕，代表线程的生命周期结束。
  • 在整个线程的生命周期中，线程的状态有以下6种：
    • New：新建状态，新创建的线程，此时尚未调用start()方法；
    • Runnable：运行状态，运行中的线程，已经调用start()方法，线程正在或即将执行run()方法；
    • Blocked：阻塞状态，运行中的线程，在等待竞争锁时，被阻塞，暂不执行；
    • Waiting：等待状态，运行中的线程，因为join()等方法调用，进入等待；
    • Timed Waiting：计时等待状态，运行中的线程，因为执行sleep(等待毫秒值)join(等待毫秒值)等方法，进入计时等待；
    • Terminated：终止状态，线程已终止，因为run()方法执行完毕。
  • 当线程启动后，它可以在Runnable、Blocked、Waiting和Timed Waiting这几个状态之间切换，直到最后变成Terminated状态，线程终止

  • 线程终止的原因有：
    • 线程正常终止：run()方法执行到return语句返回；
    • 线程意外终止：run()方法因为未捕获的异常导致线程终止；
    • 对某个线程的Thread实例调用stop()方法强制终止（宇宙超级无敌强烈不推荐）；

2. 线程的插队：join( )方法

2.1 join( )方法的作用
    • t.join()方法会使当前线程( 主线程 或者调用t.join()的线程 )进入等待池，并等待 线程t 执行完毕后才会被唤醒。此时，并不影响同一时刻处在运行状态的其他线程。

示例：

myThread.join()被主线程调用，则主线程进入WAITING或者TIMED_WAITING（调用myThread.join(long millis)）等待状态，主线程Main必须等子线程myThread执行完毕后才能继续执行。当子线程myThread执行完毕后，进入TERMINATED终止状态，会自动调用notifyAll()方法，唤醒主线程，主线程重新进入RUNNABLE运行状态，继续执行；

public class Main {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {System.out.println("主线程Main：开始执行，即将创建并调用子线程");// 创建并启动子线程MyThread myThread = new MyThread();myThread.start();// 主线程调用myThread子线程的join()方法myThread.join(); // 子线程插队，插入到当前线程main的执行序列前System.out.println("主线程Main：当子线程myThread执行完毕后，主线程Main再执行");}
}
public class MyThread extends Thread{@Overridepublic void run() {System.out.println("子线程：开始执行");int sencondValue = (int)(Math.random()*1000);try {Thread.sleep(sencondValue);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("子线程：结束执行，耗时"+sencondValue+"毫秒");}
}
2.2 join( )方法的实现原理
    • join()方法的底层是利用wait()方法实现；
    • join()方法是一个synchronized同步方法，当主线程调用 线程t.join( )方法时，主线程先获得了 线程t对象 的锁，随后进入join()方法，调用 线程t对象 的wait()方法，使主线程进入了 线程t对象 的等待池；
    • 等到 线程t 执行完毕之后，线程在TERMINATED终止状态的时候会自动调用自身的notifyAll()方法，来唤醒所有处于等待状态的线程：这个机制在隐藏在native本地方法中，由一个C++实现的方法ensure_join()函数实现。在该函数的尾部，执行了lock.notify_all(thread);，相当于调用了notifyAll()方法。
static void ensure_join(JavaThread*thread) {Handle threadObj(thread, thread -> threadObj());ObjectLocker lock(threadObj, thread);thread -> clear_pending_exception();java_lang_Thread::set_thread_status(threadObj(), java_lang_Thread::TERMINATED);java_lang_Thread::set_thread(threadObj(), NULL);//下行执行了notifyAll()操作lock.notify_all(thread);thread -> clear_pending_exception();
}
  • 综上所述：join()方法实际上是通过调用wait()方法， 来实现同步的效果的。
    • 例如：A线程中调用了B线程的join()方法，则相当于A线程调用了B线程的wait()方法，在调用了B线程的wait()方法后，A线程就会进入WAITING或者TIMED_WAITING等待状态，因为它相当于放弃了CPU的使用权。
  • 注意：join(0)的意思不是A线程等待B线程0秒，而是A线程等待B线程无限时间，直到B线程执行完毕：即join(0)=join()；
public class Thread implements Runnablepublic final void join() throws InterruptedException {join(0);}public final synchronized void join(long millis) throws InterruptedException {long base = System.currentTimeMillis();long now = 0;if (millis < 0) {throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");}if (millis == 0) {while (isAlive()) {// 无限等待wait(0);}} else {while (isAlive()) {long delay = millis - now;if (delay <= 0) {break;}// 计时等待wait(delay);now = System.currentTimeMillis() - base;}}}
}

阅读代码，分析运行结果：

public class Main {private static void printWithThread(String content) {System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName() + "线程]: " + content);}public static void main(String[] args) {printWithThread("开始执行main方法");Thread myThread = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {printWithThread("我在自定义的线程的run方法里");printWithThread("我马上要休息1秒钟, 并让出CPU给别的线程使用.");try {Thread.sleep(1000);printWithThread("已经休息了1秒, 又重新获得了CPU");printWithThread("我休息好了, 马上就退出了");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});try {myThread.start();printWithThread("我在main方法里面, 我要等下面这个线程执行完了才能继续往下执行.");myThread.join();printWithThread("我在main方法里面, 马上就要退出了.");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}

运行结果：

[main线程]: 开始执行main方法
[main线程]: 我在main方法里面, 我要等下面这个线程执行完了才能继续往下执行.
[Thread-0线程]: 我在自定义的线程的run方法里
[Thread-0线程]: 我马上要休息1秒钟, 并让出CPU给别的线程使用.
[Thread-0线程]: 已经休息了1秒, 又重新获得了CPU
[Thread-0线程]: 我休息好了, 马上就退出了
[main线程]: 我在main方法里面, 马上就要退出了.

运行结果分析：

我们在main方法中调用了myThread.join()，上面这段代码有两个线程：一个是执行main方法的main线程，一个是我们自定义的Thread-0线程。

  • Thread-0线程是myThread对象代表的子线程；
  • main线程在等Thread-0线程的终止，因为我们在main方法中调用了myThread.join()；
  • Thread-0线程中途让出了CPU, main线程还是必须等到其执行完毕了才能继续往下执行；

如果将myThread.join()改为myThread.join(500)，代表main线程最多等500毫秒（0.5秒），运行结果如下：

[main线程]: 开始执行main方法
[main线程]: 我在main方法里面, 我要等下面这个线程执行完了才能继续往下执行.
[Thread-0线程]: 我在自定义的线程的run方法里
[Thread-0线程]: 我马上要休息1秒钟, 并让出CPU给别的线程使用.
[main线程]: 我在main方法里面, 马上就要退出了.
[Thread-0线程]: 已经休息了1秒, 又重新获得了CPU
[Thread-0线程]: 我休息好了, 马上就退出了

运行结果分析：

main线程在等Thread-0线程的过程中，设置等待500毫秒，而Thread-0线程休眠1000毫秒，所以main线程先执行输出，Thread-0线程休眠结束后，恢复执行；

2.3 join( )方法和sleep( )方法的区别
    • 两个方法都可以实现类似"线程等待"的效果，但是仍然有区别；
    • join()是通过在内部使用synchronized + wait()方法来实现的，所以join()方法调用结束后，会释放锁；
    • sleep()休眠没有结束前，不会释放锁；

3. 线程的中断：interrupt( )方法

如果线程需要执行一个长时间任务，就可能需要能中断线程。中断线程就是其他线程给该线程发一个信号，该线程收到信号后结束执行run()方法，使得自身线程能立刻结束运行。

例如：假设从网络下载一个100M的文件，如果网速很慢，用户等得不耐烦，就可能在下载过程中点“取消”，这时，程序就需要中断下载线程的执行。

中断一个线程非常简单，只需要在其他线程中对目标线程调用interrupt()方法，目标线程需要反复检测自身状态是否是interrupted状态，如果是，就立刻结束运行。

3.1 interrupt( )方法的作用

interrupt()方法的作用是设置该线程的中断状态为true，线程是死亡、还是等待新的任务或是继续运行至下一步，就取决于中断状态。线程会不时地检测这个中断状态值，以判断线程是否应该被中断（中断状态值是否为true）。

3.2 interrupt( )方法的原理

interrupt()方法只是改变中断状态，不会像stop()中断一个正在运行的线程。支持线程中断的方法（Thread.sleep() 、join()、wait()等方法）就是在监视线程的中断状态，一旦发现线程的中断状态值被置为“true”，就会抛出线程中断的异常InterruptedException，给WAITING或者TIMED_WAITING等待状态的线程发出一个中断信号，线程检查中断标识，就会以退出WAITING或者TIMED_WAITING等待状态；

注意事项：

  • 线程被Object.wait(), Thread.join()和Thread.sleep()三种方法阻塞或等待，此时调用该线程的interrupt()方法，那么该线程将抛出一个 InterruptedException中断异常，从而提前终结被阻塞状态。
  • 如果线程没有被阻塞或等待，调用 interrupt()将不起作用，直到执行到wait(),sleep(),join()等方法进入阻塞或等待时，才会抛出 InterruptedException异常；

案例1：子线程休眠时，可以通过interrupt()中断子线程；

public class Main {public static void main(String[] args) {// 创建子线程Thread thread = new Thread() {public void run() {System.out.println("子线程开始执行，进入RUNNABLE状态");try {// 子线程休眠6秒，进入TIMED_WAIT计时等待状态Thread.sleep(1000 * 6); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();System.out.println("子线程中断，进入TERMINATED状态");return;}System.out.println("子线程结束执行，进入TERMINATED状态");}};// 启动子线程thread.start();// main主线程休眠5秒try {Thread.sleep(1000 * 3); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// main主线程修改子线程的中断状态=true// 子线程检测中断状态=true，则抛出InterruptedException，子线程执行结束thread.interrupt();}
}

案例2：子线程等待时，可以通过interrupt()中断子线程

public class Main {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {System.out.println("主线程：开始执行");// main主线程创建子线程MyThreadMyThread t = new MyThread();t.start();Thread.sleep(1000);t.interrupt(); // 中断t线程t.join(); // 等待t线程结束System.out.println("主线程：结束执行");}
}class MyThread extends Thread {public void run() {System.out.println("MyThread线程：开始执行");// MyThread线程创建子线程HelloThreadHelloThread hello = new HelloThread();hello.start(); // 启动HelloThread线程try {hello.join(); // 等待hello线程结束} catch (InterruptedException e) {System.out.println("MyThread线程：结束执行，interrupted!");}// MyThead线程结束后，中断子线程HelloThreadhello.interrupt();}
}class HelloThread extends Thread {public void run() {System.out.println("Hello线程：开始执行");int n = 0;while (!isInterrupted()) {n++;System.out.println(n + " hello!");}System.out.println("Hello线程：结束执行！");}
}

案例3：子线程运行时，可以通过isInterrupted()随时观察子线程的中断状态

public class Main {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {System.out.println("main主线程：开始执行");// 创建2个子线程Thread t1 = new Thread("线程1") {@Overridepublic void run() {System.out.println(getName() + "：开始执行");while(!isInterrupted()) {System.out.println(UUID.randomUUID());}System.out.println(getName() + "：结束执行");}};Thread t2 = new Thread("线程2") {@Overridepublic void run() {System.out.println(getName() + "：开始执行");while(!isInterrupted()) {System.out.println((int)(Math.random()*10000));}System.out.println(getName() + "：结束执行");}};// 启动子线程t1.start();t2.start();// 主线程休眠10毫秒Thread.sleep(10);// 10毫秒后，中断子线程1t1.interrupt();// 子线程1执行结束后，继续执行主线程t1.join();System.out.println("main主线程：结束执行");// 主线程执行结束后，中断子线程2// 子线程1的中断，不会影响子线程2t2.interrupt();}
}

4. 线程的让出：yield( )方法

4.1 yield( )方法的作用
  • 线程通过调用yield()方法告诉JVM的线程调度，当前线程愿意让出CPU给其他线程使用。
  • 至于系统是否采纳，取决于JVM的线程调度模型：分时调度模型和抢占式调度模型
    • 分时调度模型：所有的线程轮流获得 cpu的使用权,并且平均分配每个线程占用的 CPU 时间片；
    • 抢占式调度模型：优先让可运行池中优先级高的线程占用 CPU，如果可运行池中的线程优先级相同，那么就随机选择一个线程，使其占用CPU。（JVM虚拟机采用的是抢占式调度模型 ）
/*** A hint to the scheduler that the current thread is willing to yield* its current use of a processor. The scheduler is free to ignore this* hint.* 向调度程序发出的提示，表示当前线程愿意让出处理器的使用权*/public static native void yield();

案例1：子线程2执行过程中，通过yield()让出CPU，使子线程1执行概率变高。

public static void main(String[] args) {// 创建子线程1:打印字母A-ZThread thread1 = new Thread() {public void run() {for (char c = 'A'; c <= 'Z'; c++) {System.out.println(c);}}};// 创建子线程2:打印数字65-90Thread thread2 = new Thread() {public void run() {Thread.yield(); // 让当前线程让出CPUfor (int c = 65; c <= 90; c++) {System.out.println(c);// Thread.yield(); // 让当前线程让出CPU}}};// 启动子线程thread1.start();thread2.start();
}

5. 守护线程（Daemon Thread）

5.1 用户线程与守护线程的区别
  • 用户线程：我们平常创建的普通线程；
  • 守护线程：用来服务于用户线程的线程，在JVM中，所有非守护线程都执行完毕后，无论有没有守护线程，虚拟机都会自动退出；而守护线程执行结束后，虚拟机不会自动退出。
5.2 设置守护线程
  • 在调用start()方法前，调用setDaemon(true)把该线程标记为守护线程
5. 守护线程（Daemon Thread）
5.1 用户线程与守护线程的区别
○
用户线程：我们平常创建的普通线程；
○
守护线程：用来服务于用户线程的线程，在JVM中，所有非守护线程都执行完毕后，无论有没有守护线程，虚拟机都会自动退出；而守护线程执行结束后，虚拟机不会自动退出。
5.2 设置守护线程
○
在调用start()方法前，调用setDaemon(true)把该线程标记为守护线程

案例1：用户线程会影响JVM退出

public class Main {public static void main(String[] args) {long startTime = System.currentTimeMillis();// 创建并启动子线程new Thread() {@Overridepublic void run() {//子线程休眠10秒钟try {Thread.sleep(10*1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("普通用户线程，运行耗时" + (System.currentTimeMillis() - startTime));}}.start();//主线程休眠3秒，确保在子线程之前结束休眠try {Thread.sleep(3*1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("Main主线程，运行耗时 " + (System.currentTimeMillis() - startTime));}
}

运行结果分析：普通用户线程，在没有完成打印内容的时候，JVM是不会被结束。

Main主线程，运行耗时 3001
普通用户线程，运行耗时10001Process finished with exit code 0

案例2：守护线程不会影响JVM退出

public class Main {public static void main(String[] args) {long startTime = System.currentTimeMillis();// 创建子线程Thread daemonThread = new Thread() {@Overridepublic void run() {//子线程休眠10秒钟try {Thread.sleep(10*1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("守护线程，运行耗时" + (System.currentTimeMillis() - startTime));}};daemonThread.setDaemon(true); // 启动线程前，设置子线程为守护线程daemonThread.start(); // 启动线程//主线程休眠3秒，确保在子线程之前结束休眠try {Thread.sleep(3*1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("Main主线程，运行耗时 " + (System.currentTimeMillis() - startTime));}
}

运行结果分析：守护线程，还没有打印出来内容的时候，JVM就已经结束了。

Main主线程，运行耗时 3001Process finished with exit code 0

案例3：用户线程的中断结束后，主线程的执行结束，会导致JVM的结束退出

public class Main {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 守护线程t1Thread t1 = new Thread() {@Overridepublic void run() {while(true) {System.out.println("守护线程t1 while loop.....");}}};t1.setDaemon(true); // 设置守护线程t1.start();// 用户线程t2Thread t2 = new Thread() {@Overridepublic void run() {while(!isInterrupted()) {System.out.println("用户线程t2 while loop.....");}System.out.println("用户线程t2线程结束(中断)");}};t2.start();// 主线程休眠1000毫秒后，中断用户线程t2Thread.sleep(1000);t2.interrupt(); // 中断用户线程t2// 主线程执行结束System.out.println("main主线程结束。。。。");// 守护线程自动结束}
}

总结

  • 线程的状态有以下6种：New、Runnable、Blocked、Waiting、Timed Waiting、Terminated。
  • join()方法用于实现线程插队，调用完毕后会释放锁。
  • sleep()方法用于实现线程休眠，调用完毕后不会释放锁。
  • interrupt()方法用于设置该线程的中断状态为true。
  • yield()方法用于让出CPU执行。
  • JVM的线程调度模型：分时调度模型和抢占式调度模型。


http://www.mrgr.cn/news/36021.html

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