亲宝软件园·资讯

展开

java 线程 详解JAVA 线程-线程的状态有哪些?它是怎样工作的?

流年的夏天 人气:0

线程(Thread)是并发编程的基础,也是程序执行的最小单元,它依托进程而存在。

一个进程中可以包含多个线程,多线程可以共享一块内存空间和一组系统资源,因此线程之间的切换更加节省资源、更加轻量化,也因此被称为轻量级的进程。

线程的状态在 JDK 1.5 之后以枚举的方式被定义在 Thread 的源码中,它总共包含以下 6 个状态:

线程状态的源代码如下:

public enum State {
 /**
  * 新建状态,线程被创建出来,但尚未启动时的线程状态
  */
 NEW,
 /**
  * 就绪状态,表示可以运行的线程状态,但它在排队等待来自操作系统的 CPU 资源
  */
 RUNNABLE,
 /**
  * 阻塞等待锁的线程状态,表示正在处于阻塞状态的线程
  * 正在等待监视器锁,比如等待执行 synchronized 代码块或者
  * 使用 synchronized 标记的方法
  */
 BLOCKED,
 /**
  * 等待状态,一个处于等待状态的线程正在等待另一个线程执行某个特定的动作。
  * 例如,一个线程调用了 Object.wait() 它在等待另一个线程调用
  * Object.notify() 或 Object.notifyAll()
  */
 WAITING,
 /**
  * 计时等待状态,和等待状态 (WAITING) 类似,只是多了超时时间,比如
  * 调用了有超时时间设置的方法 Object.wait(long timeout) 和 
  * Thread.join(long timeout) 就会进入此状态
  */
 TIMED_WAITING,
 /**
  * 终止状态,表示线程已经执行完成
  */

}

线程的工作模式是,首先先要创建线程并指定线程需要执行的业务方法,然后再调用线程的 start() 方法,此时线程就从 NEW(新建)状态变成了 RUNNABLE(就绪)状态;

然后线程会判断要执行的方法中有没有 synchronized 同步代码块,如果有并且其他线程也在使用此锁,那么线程就会变为 BLOCKED(阻塞等待)状态,当其他线程使用完此锁之后,线程会继续执行剩余的方法。

当遇到 Object.wait() 或 Thread.join() 方法时,线程会变为 WAITING(等待状态)状态;

如果是带了超时时间的等待方法,那么线程会进入 TIMED_WAITING(计时等待)状态;

当有其他线程执行了 notify() 或 notifyAll() 方法之后,线程被唤醒继续执行剩余的业务方法,直到方法执行完成为止,此时整个线程的流程就执行完了,执行流程如下图所示:

【BLOCKED 和 WAITING 的区别】

虽然 BLOCKED 和 WAITING 都有等待的含义,但二者有着本质的区别。

首先它们状态形成的调用方法不同。

其次 BLOCKED 可以理解为当前线程还处于活跃状态,只是在阻塞等待其他线程使用完某个锁资源;

而 WAITING 则是因为自身调用了 Object.wait() 或着是 Thread.join() 又或者是 LockSupport.park() 而进入等待状态,只能等待其他线程执行某个特定的动作才能被继续唤醒。

比如当线程因为调用了 Object.wait() 而进入 WAITING 状态之后,则需要等待另一个线程执行 Object.notify() 或 Object.notifyAll() 才能被唤醒。

【start() 和 run() 的区别】

首先从 Thread 源码来看,start() 方法属于 Thread 自身的方法,并且使用了 synchronized 来保证线程安全,源码如下:

public synchronized void start() {

 // 状态验证,不等于 NEW 的状态会抛出异常

 if (threadStatus != 0)

  throw new IllegalThreadStateException();

 // 通知线程组,此线程即将启动

 group.add(this);

 boolean started = false;

 try {

  start0();

  started = true;

 } finally {

  try {

   if (!started) {

    group.threadStartFailed(this);

   }

  } catch (Throwable ignore) {

   // 不处理任何异常,如果 start0 抛出异常,则它将被传递到调用堆栈上

  }

 }

}

run() 方法为 Runnable 的抽象方法,必须由调用类重写此方法,重写的 run() 方法其实就是此线程要执行的业务方法,源码如下:

public class Thread implements Runnable {

 // 忽略其他方法......

 private Runnable target;

 @Override

 public void run() {

  if (target != null) {

   target.run();

  }

 }

}

@FunctionalInterface

public interface Runnable {

 public abstract void run();

}

从执行的效果来说,start() 方法可以开启多线程,让线程从 NEW 状态转换成 RUNNABLE 状态,而 run() 方法只是一个普通的方法。

其次,它们可调用的次数不同,start() 方法不能被多次调用,否则会抛出 java.lang.IllegalStateException;而 run() 方法可以进行多次调用,因为它只是一个普通的方法而已。

【线程优先级】

在 Thread 源码中和线程优先级相关的属性有 3 个:

// 线程可以拥有的最小优先级

public final static int MIN_PRIORITY = 1;

// 线程默认优先级

public final static int NORM_PRIORITY = 5;

// 线程可以拥有的最大优先级

public final static int MAX_PRIORITY = 10

线程的优先级可以理解为线程抢占 CPU 时间片的概率,优先级越高的线程优先执行的概率就越大,但并不能保证优先级高的线程一定先执行。

在程序中我们可以通过 Thread.setPriority() 来设置优先级,setPriority() 源码如下:

public final void setPriority(int newPriority) {

 ThreadGroup g;

 checkAccess();

 // 先验证优先级的合理性

 if (newPriority > MAX_PRIORITY || newPriority < MIN_PRIORITY) {

  throw new IllegalArgumentException();

 }

 if((g = getThreadGroup()) != null) {

  // 优先级如果超过线程组的最高优先级,则把优先级设置为线程组的最高优先级

  if (newPriority > g.getMaxPriority()) {

   newPriority = g.getMaxPriority();

  }

  setPriority0(priority = newPriority);

 }

}

【线程的常用方法】

线程的常用方法有以下几个。

join()

在一个线程中调用 other.join() ,这时候当前线程会让出执行权给 other 线程,直到 other 线程执行完或者过了超时时间之后再继续执行当前线程,join() 源码如下:

public final synchronized void join(long millis)

throws InterruptedException {

 long base = System.currentTimeMillis();

 long now = 0;

 // 超时时间不能小于 0

 if (millis < 0) {

  throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");

 }

 // 等于 0 表示无限等待,直到线程执行完为之

 if (millis == 0) {

  // 判断子线程 (其他线程) 为活跃线程,则一直等待

  while (isAlive()) {

   wait(0);

  }

 } else {

  // 循环判断

  while (isAlive()) {

   long delay = millis - now;

   if (delay <= 0) {

    break;

   }

   wait(delay);

   now = System.currentTimeMillis() - base;

  }

 }

}

从源码中可以看出 join() 方法底层还是通过 wait() 方法来实现的。

例如,在未使用 join() 时,代码如下:

public class ThreadExample {

 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

  Thread thread = new Thread(() -> {

   for (int i = 1; i < 6; i++) {

    try {

     Thread.sleep(1000);

    } catch (InterruptedException e) {

     e.printStackTrace();

    }

    System.out.println("子线程睡眠:" + i + "秒。");

   }

  });

  thread.start(); // 开启线程

  // 主线程执行

  for (int i = 1; i < 4; i++) {

   try {

    Thread.sleep(1000);

   } catch (InterruptedException e) {

    e.printStackTrace();

   }

   System.out.println("主线程睡眠:" + i + "秒。");

  }

 }

}

程序执行结果为:

复制主线程睡眠:1秒。

子线程睡眠:1秒。

主线程睡眠:2秒。

子线程睡眠:2秒。

主线程睡眠:3秒。

子线程睡眠:3秒。

子线程睡眠:4秒。

子线程睡眠:5秒。

从结果可以看出,在未使用 join() 时主子线程会交替执行。

然后我们再把 join() 方法加入到代码中,代码如下:

public class ThreadExample {

 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

  Thread thread = new Thread(() -> {

   for (int i = 1; i < 6; i++) {

    try {

     Thread.sleep(1000);

    } catch (InterruptedException e) {

     e.printStackTrace();

    }

    System.out.println("子线程睡眠:" + i + "秒。");

   }

  });

  thread.start(); // 开启线程

  thread.join(2000); // 等待子线程先执行 2 秒钟

  // 主线程执行

  for (int i = 1; i < 4; i++) {

   try {

    Thread.sleep(1000);

   } catch (InterruptedException e) {

    e.printStackTrace();

   }

   System.out.println("主线程睡眠:" + i + "秒。");

  }

 }

}

程序执行结果为:

复制子线程睡眠:1秒。

子线程睡眠:2秒。

主线程睡眠:1秒。

// thread.join(2000); 等待 2 秒之后,主线程和子线程再交替执行

子线程睡眠:3秒。

主线程睡眠:2秒。

子线程睡眠:4秒。

子线程睡眠:5秒。

主线程睡眠:3秒。

从执行结果可以看出,添加 join() 方法之后,主线程会先等子线程执行 2 秒之后才继续执行。

yield()

看 Thread 的源码可以知道 yield() 为本地方法,也就是说 yield() 是由 C 或 C++ 实现的,源码如下:

public static native void yield();

yield() 方法表示给线程调度器一个当前线程愿意出让 CPU 使用权的暗示,但是线程调度器可能会忽略这个暗示。

比如我们执行这段包含了 yield() 方法的代码,如下所示:

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

 Runnable runnable = new Runnable() {

  @Override

  public void run() {

   for (int i = 0; i < 10; i++) {

    System.out.println("线程:" +

      Thread.currentThread().getName() + " I:" + i);

    if (i == 5) {

     Thread.yield();

    }

   }

  }

 };

 Thread t1 = new Thread(runnable, "T1");

 Thread t2 = new Thread(runnable, "T2");

 t1.start();

 t2.start();

}

当我们把这段代码执行多次之后会发现,每次执行的结果都不相同,这是因为 yield() 执行非常不稳定,线程调度器不一定会采纳 yield() 出让 CPU 使用权的建议,从而导致了这样的结果。

加载全部内容

相关教程
猜你喜欢
用户评论