併發編程之線程第一篇

併發編程之線程第一篇

• 3.4 原理之線程運行
• 線程上下文切換（Thread Context Switch）
• 3.5 常見方法
• 3.6 start與run
• 3.7 sleep與yield
• 案例 - 防止CPU占用100%
• 3.8 join方法詳解
• 3.9 interrupt方法詳解
• 兩階段終止模式
• 3.10 不推薦的方法
• 3.11 主線程與守護線程

3.4 原理之線程運行

Java虛擬機棧
JVM中由堆、棧、方法區所組成，其中棧記憶體是給線程使用，每個線程啟動後，虛擬機就會為其分配一塊棧記憶體。

• 每個棧由多個棧幀（Frame）組成，對應著每次方法調用時所占用的記憶體
• 每個線程只能有一個活動棧幀，對應著當前正在執行的那個方法

線程上下文切換（Thread Context Switch）

因為以下一些原因導致cpu不再執行當前的線程，轉而執行另一個線程的代碼

• 線程的cpu時間片用完
• 垃圾回收
• 有更高優先順序的線程需要運行
• 線程自己調用了sleep、yield、join、park、synchronized、lock等方法程式
  當Context Switch發生時，需要由操作系統保存當前線程的狀態，並恢復另一個線程的狀態，Java中對應的概念就是程式計數器（Program Counter Register），它的作用是記住下一條jvm指令的執行地址，是線程私有的
  

3.5 常見方法

3.6 start與run

調用run

輸出

程式仍在main線程運行，FileReader.read()方法調用還是同步的

3.7 sleep與yield

sleep

1. 調用sleep會讓當前線程從Running進入Timed Waiting狀態
2. 其它線程可以使用 interrupt方法打斷正在睡眠的線程，這時sleep方法會拋出InterruptedException
3. 睡眠結束後的線程未必會立刻得到執行
4. 建議用TimeUnit的sleep代替Thread的sleep來獲得更好地可讀性
   yield
   1、 調用yield會讓當前線程從Running進入Runnable狀態，然後調度執行其它同優先順序的線程。如果這時沒有同優先順序的線程，那麼不能保證讓當前線程暫停的效果
   2、具體的實現依賴於操作系統的任務調度器
   線程優先順序

• 線程優先順序會提示（hint）調度器優先調度該線程，但它僅僅是一個提示，調度器可以忽略它
• 如果cpu比較忙，那麼優先順序高的線程會獲得更多的時間片，但cpu閑時，優先順序幾乎沒作用
  

案例 - 防止CPU占用100%

sleep實現
在沒有利用cpu來計算時，不要讓while（true）空轉浪費cpu，這時可以使用yield或sleep來讓出cpu的使用權給其他程式

• 可以用wait或條件變數達到類似的效果
• 不同的是，後兩種都需要加鎖，並且需要相應的喚醒操作，一般適用於要進行同步的場景
• sleep適用於無需鎖同步的場景

3.8 join方法詳解

為什麼需要join
下麵的代碼執行，列印r是什麼？

分析

• 因為主線程和線程t1是並行執行的，t1線程需要1秒之後才能算出r=10
• 而主線程一開始就要列印r的結果，所以只能列印出r=0
  解決方法
• 用sleep行不行？為什麼？
• 用join，加在start之後即可
  
  應用之同步 （案例1）
  以調用方角度來講，如果
• 需要等待結果返回，才能繼續運行就是同步
• 不需要等待結果返回，就能繼續運行就是非同步
  
  
  
  
  有時效的join
  等夠時間
  
  輸出
  

3.9 interrupt方法詳解

打斷sleep，wait，join的線程
打斷sleep的線程，會清空打斷狀態，以sleep為例

輸出

打斷正常運行的線程
打斷正常運行的線程，不會清空打斷狀態

輸出

兩階段終止模式

Two Phase Termination
在一個線程T1中如何“優雅”終止線程T2？這裡的【優雅】指的是給T2一個料理後事的機會。
1、 錯誤思路

• 使用線程對象的stop（）停止線程
  （1）stop方法會真正殺死線程，如果這時線程鎖住了共用資源，那麼當它被殺死後就再也沒有機會釋放鎖，其它線程將永遠無法獲取鎖。
• 使用System.exit(int)方法停止線程
  （1）目的僅是停止一個線程，但這種做法會讓整個程式都停止
  

package com.example.demo;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
public class TwoPhaseTermination {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Test test = new Test();
        test.start();

        Thread.sleep(3500);
        test.stop();
    }
}

@Slf4j
class Test{
    private Thread monitor;

    /**
     * 啟動監控線程
     */
    public void start() {
        monitor = new Thread(() -> {
            while (true) {
                Thread currentThread = Thread.currentThread();
                if (currentThread.isInterrupted()) {
                    log.info("料理後事");
                    break;
                }
                try {
                    // 情況1
                    Thread.sleep(1000);
                    log.info("執行監控記錄");
                } catch (Exception e) {
                	// 因為sleep出現異常後，會消除打斷標記
                    // 需要重置打斷標記
                    e.printStackTrace();
                    currentThread.interrupt();
                }
            }
        });
        monitor.start();
    }

    /**
     * 停止監控線程
     */
    public void stop() {
        monitor.interrupt();
    }

}

打斷park線程
打斷park線程，不會清空打斷狀態

輸出

如果打斷標記已經是true，則park會失效，可以如下操作 ：

3.10 不推薦的方法

還有一些不推薦使用的方法，這些方法已過時，容易破壞同步代碼塊，造成線程死鎖。

3.11 主線程與守護線程

預設情況下，Java進程需要等待所有線程都運行結束，才會結束。有一種特殊的線程叫做守護線程，只要其它非守護線程運行結束了，即使守護線程的代碼沒有執行完，也會強制結束。


註意

• 垃圾回收器線程就是一種守護線程
• Tomcat中的Acceptor和Poller線程都是守護線程，所以Tomcat接收到shutdown命令後，不會等待它們處理完當前請求。