java線程基礎

一、 為什麼要多線程

• CPU和IO設備之間的速度存在很大的差異，提高CPU利用率

• 提高服務端併發量

線程安全問題：

有共用數據的情況下使用多線程可能會導致線程安全問題

原子性：時間片輪轉導致

可見性：CPU和記憶體之間有緩存/工作記憶體和主記憶體

有序性：指令重排序

實現線程安全的方法：

互斥同步：悲觀

非阻塞同步：樂觀

無同步方案：避免共用數據

二、Java線程的實現

HotSpot的每一個java線程都直接映射到一個操作系統原生的線程來實現

也就是說，線程的調度是完全交給操作系統來實現的

java使用搶占式調度，可以主動讓出CPU資源（如yield()方法）,但沒法主動獲取CPU

只有Thread.start()方法可以調用本地方法來新建一個線程

三、Java線程狀態

new：創建後尚未啟動

runnable：對應操作系統線程的Running和Ready兩種狀態，Runnable狀態的線程可能正在執行，也可能在等待操作系統分配時間片

waiting：需要等待其他線程顯示喚醒，否則不會被分配時間片

timed waiting：一定時間後會由系統自動喚醒

blocked：程式等待進入同步區域時會進入該狀態，等待獲取一個排他鎖（等待是主動的，阻塞是被動的）

terminated：線程已終止

三、線程的使用：

中斷機制：

(下文所說的“阻塞”是指OS層面的線程阻塞，而非上述的blocked狀態)

• interrupt()

If this thread is blocked in an invocation of the wait(), wait(long), or wait(long, int) methods of the Object class, or of the join(), join(long), join(long, int), sleep(long), or sleep(long, int), methods of this class, then its interrupt status will be cleared and it will receive an InterruptedException.

如果一個線程因為Object.wait()，Thread.join(),Thread.sleep()這幾個方法而阻塞時，調用該線程的interrupt()方法，會清除線程的中斷狀態，同時該方法會拋出一個InterruptedException。

這裡要註意的是，如果線程是處於上述的阻塞狀態，中斷狀態會被清除，在拋出異常後再調用isInterrupted()返回false，但是如果線程並不處於上述的阻塞狀態，則中斷狀態會被置位。

• isInterrupted()

判斷該線程是否被中斷，也就是線程是否被置位，並不會影響中斷狀態。

• Thread.interrupted()

靜態方法，判斷該線程是否被中斷，清楚中斷狀態

該方法常用於判斷當前線程是否中斷

我的理解：（僅供參考）

筆者以為，這裡中斷的含義可以理解為中斷阻塞，上述的線程拋出InterruptedException異常，實際上已經重新得到了時間片，結束了阻塞。另外，由於LockSupport.park()方法阻塞的線程在被中斷後，也會結束阻塞重新進入調度。

// interrupt方法強行中斷了Thread.sleep()的阻塞
public class MyThread implements Runnable{
    Dog dog=new Dog();
    @Override
    public void run() {
        long start = System.currentTimeMillis();
        try {
            Thread.sleep(5000); //線程阻塞5s
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        long stop = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(stop-start); //輸入耗時
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args){
        Runnable myThread=new MyThread();
        Thread myThread1=new Thread(myThread,"myThread1");
        myThread1.start();
        myThread1.interrupt();
    }
}

//結果輸出時間為0，說明線程提前結束阻塞

當然這裡需要強調的是，interrupt無法中斷synchronized阻塞和IO阻塞。事實上從JAVA線程狀態來看，只有這兩種狀態才是blocked,上述的可被中斷的阻塞都是waiting或timed waiting。

另外，還可以用上述的3個方法自己實現一些邏輯，例如通過判斷是否中斷來結束死迴圈等，不再贅述。

線程的協作：

• Thread join()

  t1.join();會讓當前運行的線程阻塞，直到t1線程死亡，當前線程才重新進入調度。

  ​底層是用Object.wait()實現的

• Thread.sleep()

  不會釋放鎖，會響應中斷

  
  

• Object.wait()/Object.notify()

  必須在synchronized中使用，Object必須是持有Monitor的對象

  會釋放鎖，（release the ownership of this monitor）

  會響應中斷

  
  

• Conditionawait()/signal()

  底層是用LockSupport實現的

  阻塞和喚起必須是同一個Condition對象

  會釋放Lock
  
  

• LockSupport.park()/Locksupport.unpark()

  可以在任何地方調用，和鎖沒有關係

  先unpark()，再park()不會阻塞

  線程中斷會喚起該線程重新參與調度

四、參考資料

1. 《java核心技術捲Ⅰ》
2. 《深入理解虛擬機：JVM高級特性與最佳實踐（第三版）》
3. Java 併發 - 線程基礎 | Java 全棧知識體系 (pdai.tech)

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