文章目錄

• • 參考
  • Java線程簡介
  • • Thread類構(gòu)造方法和屬性
    • 常用Thread類方法
    • 線程的生命周期
  • 多線程編程的優(yōu)勢和風(fēng)險
  • • 安全性問題
    • 活躍性問題
    • 性能問題

參考

【Java并發(fā)系列01】Thread及ThreadGroup雜談
Java中interrupt的使用
Java 線程狀態(tài)之 RUNNABLE
鎖和監(jiān)視器之間的區(qū)別 – Java并發(fā)
Java并發(fā)編程實戰(zhàn)：第一章、第十章
Java多線程編程實戰(zhàn)指南（核心篇）：第一章、第二章

多線程編程對于現(xiàn)在的開發(fā)人員來說是一種很常見的技術(shù)了，特別是對于我這樣的Android程序員，“UI操作要在主線程，耗時操作要在子線程“是開始學(xué)習(xí)Android的時候就要記住的原則。但是多線程代碼要比單線程開發(fā)更復(fù)雜，還存在一些單線程編程時不會遇到的問題。這篇博客主要是介紹多線程開發(fā)的基礎(chǔ)：Thread類的API 和 多線程代碼可能存在的問題。這是我們多線程開發(fā)的基礎(chǔ)，下一節(jié)我會基于這篇內(nèi)容，繼續(xù)講述Java為了存在的問題而提供給我們的解決工具。

Java線程簡介

對于Java平臺來說，創(chuàng)建一個線程就是創(chuàng)建一個Thread類實例，java.lang.Thread 類是Java平臺對線程的實現(xiàn)。

Thread類構(gòu)造方法和屬性

Thread有很多的構(gòu)造方法，最后都會調(diào)到同一個初始化方法：private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name, long stackSize)，這個方法的參數(shù)用于設(shè)置Thread的幾個屬性，它們的含義和作用方便是：

• g：ThreadGroup類型， 線程分組，用于對一組線程進(jìn)行一些批量操作，默認(rèn)值是父線程（即創(chuàng)建該線程的線程）所屬分組。
• target：Runnable類型， 實現(xiàn)線程的業(yè)務(wù)邏輯，在run()方法中被調(diào)用。
• name：String類型，作為標(biāo)識，用于打印之類的時候區(qū)分線程。默認(rèn)值格式為Thread-線程編號。
• stackSize：long類型，代表這個線程預(yù)期的堆棧大小，不指定默認(rèn)為0，表示由平臺決定。

除了上面的屬性，線程還有幾個比較重要的屬性

• priority：int類型，這個屬性可以通過setPriority(int newPriority)方法設(shè)置，這個屬性是給線程調(diào)度器的提示，表示程序希望哪個線程得到更多的運(yùn)行機(jī)會（但不意味著一定能得到）。priority的取值范圍為0~10，默認(rèn)值是父線程的priority。
• daemon：boolean類型，這個屬性可以通過setDaemon(boolean on)設(shè)置（只能在start()方法調(diào)用之前調(diào)用，即線程運(yùn)行之前調(diào)用，否則會報錯），daemon表示該線程是否為守護(hù)線程（守護(hù)線程不會阻止虛擬機(jī)的關(guān)閉），默認(rèn)值是父線程的daemon。

常用Thread類方法

• static Thread currentThread() ：返回當(dāng)前線程（即當(dāng)前代碼的執(zhí)行線程）。
• static void sleep(long millis)：使當(dāng)前線程釋放CPU，休眠一段時間。
• void start()：啟動線程（線程啟動的過程是異步的，方法返回不代表新線程已經(jīng)開始運(yùn)行），這個方法只能被調(diào)用一次。
• void run()：用于執(zhí)行任務(wù)邏輯，一般由虛擬機(jī)而非應(yīng)用程序主動調(diào)用。
• void interrupt()：用于中斷線程，這個方法的效果有兩種情況：
  • 如果這個線程正被阻塞，它可以迅速中斷被阻塞的線程，并拋出InterruptedException異常。
  • 如果線程沒有被阻塞，它就只是設(shè)置一個中斷標(biāo)志，而不能阻止線程的繼續(xù)運(yùn)行。
• static boolean interrupted()：判斷當(dāng)前線程是否已有中斷標(biāo)志并清除掉中斷標(biāo)志（即之后的代碼將不會知道線程曾經(jīng)被中斷過，除非interrupt()再次調(diào)用）。
• boolean isInterrupted()：判斷當(dāng)前線程是否已有中斷標(biāo)志，這個方法不會清除中斷標(biāo)志。

線程的生命周期

一個線程在其創(chuàng)建、啟動到運(yùn)行結(jié)束的整個生命周期中會經(jīng)歷若干狀態(tài)，這些狀態(tài)由枚舉類Thread.State定義，共有6種，它們分別是：

• NEW：線程創(chuàng)建之后，啟動之前處于這個狀態(tài)。因為線程只能被啟動一次，所以線程只會處于這個狀態(tài)一次。
• RUNNABLE：這個狀態(tài)可以當(dāng)做兩個子狀態(tài)：READY 和RUNNING：
  • READY ：這個狀態(tài)的線程被稱為活躍線程，表示已經(jīng)準(zhǔn)備好由線程調(diào)度器調(diào)度轉(zhuǎn)換為RUNNING態(tài)。
  • RUNNING：表示狀態(tài)正在運(yùn)行。
• BLOCKED：線程被阻塞（發(fā)起一個阻塞式I/O操作或者申請被持有的資源時），線程從 RUNNING變?yōu)檫@個狀態(tài)，這個狀態(tài)下的線程不會占用CPU，當(dāng)導(dǎo)致線程阻塞的操作完成時，線程重新回到RUNNING態(tài)。
• WAITING：線程等待其他線程執(zhí)行另外特定操作而進(jìn)入該狀態(tài)，同樣會釋放CPU。進(jìn)入這個狀態(tài)的方法有:Object.wait()、Thread.join()、LockSupport,park()；對應(yīng)的喚醒方法是： Object.notify()、Object.notifyAll()、LockSupport.unpark(thread)。
• TIMED_WAITING：和WAITING類型，差別在這個狀態(tài)下的線程不會像WAITING態(tài)的線程一樣無限制的等下去，在指定時間內(nèi)沒有等到期待的特定操作時，這個狀態(tài)下的線程會自動轉(zhuǎn)換為RUNNING態(tài)。
• TERMINATED：已經(jīng)結(jié)束執(zhí)行的線程處于這個狀態(tài)，和 NEW同理，一個線程也只會處于這個狀態(tài)一次。

我看的書上這段說的狀態(tài)劃分原則不是很清晰，綜合了一些博客和SDK里Thread類的注釋，我現(xiàn)在的理解是：

• 處于RUNNABLE態(tài)的線程區(qū)別只在于是否擁有CPU資源：即正在執(zhí)行和在等待執(zhí)行，因為CPU會根據(jù)時間分片來輪轉(zhuǎn)調(diào)度，所以這兩個子狀態(tài)的線程會隨著進(jìn)出調(diào)度隊列而在很短時間內(nèi)（毫秒級）切換子狀態(tài)，從而區(qū)分的價值不大。
• BLOCKED和WAITING同樣會暫停執(zhí)行，同樣會釋放CPU。兩者的區(qū)別在于BLOCKED態(tài)的線程等待的是監(jiān)視器鎖，當(dāng)競爭鎖成功之后，這個線程就會轉(zhuǎn)換為RUNNABLE態(tài)；而 WAITING態(tài)的線程是主動暫停運(yùn)行的，不涉及到鎖，并且需要其他線程調(diào)用特定方法來喚醒這個線程，否則這個線程永遠(yuǎn)不會執(zhí)行（TIMED_WAITING則會等待指定時間后醒來）。

線程整個運(yùn)行和狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律如下圖：

多線程編程的優(yōu)勢和風(fēng)險

多線程有充分利用CPU、提高系統(tǒng)的吞吐量、更快速響應(yīng)用戶UI操作等操作等等優(yōu)勢毋庸贅言，但多線程開發(fā)相較于單線程開發(fā)也更加復(fù)雜，同時也多了很多在單線程開發(fā)時不會遇到的問題。下面我總結(jié)了多線程帶來的風(fēng)險。

安全性問題

用《Java多線程編程實戰(zhàn)指南》中的觀點，寬泛地描述多線程的安全性問題就是：

如果一個類在單線程環(huán)境下能夠運(yùn)作正常，并且在多線程環(huán)境下，在其使用方不必為其做任何改變的情況下也能運(yùn)作正常，那么我們就稱其是線程安全（Thread-safe）的，相應(yīng)地我們稱這個類具有線程安全性（Thread Safety）。反之，如果這個類在單線程環(huán)境下運(yùn)作正常而在多線程環(huán)境下則無法正常運(yùn)作，那么這個類就是非線程安全的。

為什么單線程環(huán)境下可以正常運(yùn)行的代碼放在多線程環(huán)境下運(yùn)行就會出問題呢？ 對于同時運(yùn)行的多個線程來說，如果每個線程的功能和使用的資源都不涉及到其他線程，那么每個線程就是互不影響的，當(dāng)然不會存在問題，但是這種情況很少。一般而言，多個線程線程之間會存在對某些資源的共享，對應(yīng)到代碼層面上，就是共享變量的使用。由于Java內(nèi)存模型和數(shù)據(jù)緩存的影響，每個線程內(nèi)部的操作和造成的結(jié)果對外部的其他線程都不是立即可見的。由此導(dǎo)致程序出錯。出錯的原因表現(xiàn)為3個方面：原子性、可見性和有序性。

• 原子性：出于我們本意，應(yīng)該是不可分割的一個操作（這個操作要么沒有執(zhí)行，要么執(zhí)行了）被其他線程在其中插入了其他操作，導(dǎo)致狀態(tài)錯誤。
• 可見性：一個線程更新了狀態(tài)不能被另一個線程立即看到，導(dǎo)致另一個線程讀取到了舊狀態(tài)或者重復(fù)更新覆蓋掉了這次更新。
• 有序性：出于優(yōu)化的目的，編譯器和處理器會對代碼指令調(diào)整順序，這種調(diào)整的規(guī)則只保證單線程內(nèi)是正確的，而不考慮多線程。比如類a進(jìn)行操作A，C；類b進(jìn)行操作依賴于A的D，于是b通過判斷a是否已經(jīng)完成了C來決定是否進(jìn)行操作D，單線程下這個思路是正確的，但多線程下，指令重排序下a的操作A,C的順序就可能發(fā)生改變，導(dǎo)致C操作完成于A之前，以至于D操作失敗。

活躍性問題

安全性問題是保證“程序運(yùn)行時不會發(fā)生錯誤”，而活躍性則關(guān)注的是“程序會正常的結(jié)束運(yùn)行”。由于缺少某些資源或程序本身缺陷導(dǎo)致程序無法繼續(xù)下一步操作時，就是發(fā)生了活躍性問題，單線程環(huán)境下，程序進(jìn)行無限循環(huán)就是一種問題的形式，而在多線程環(huán)境下，活性問題大多由線程交互導(dǎo)致：

• 死鎖：兩個線程同時以不同的順序來獲得不同鎖，導(dǎo)致各自持有一個鎖，而請求對方持有的鎖，導(dǎo)致程序無法繼續(xù)運(yùn)行。
• 鎖死：如果有一個線程調(diào)用了wait方法,但是一直沒有其他線程調(diào)用notify方法或者是在它調(diào)用wait之前調(diào)用了notify導(dǎo)致這個線程收不到喚醒信號而一直掛起，這種情況就被稱為鎖死。
• 饑餓：修改某個線程優(yōu)先級導(dǎo)致這個線程一直得不到CPU調(diào)用。
• 活鎖：線程申請資源一直不成功，或者其他原因，導(dǎo)致線程一直重復(fù)執(zhí)行相同的操作。

性能問題

與活躍性問題密切相關(guān)的是性能問題。活躍性意味著程序會正常運(yùn)行得到結(jié)果，但是不保證效率，因為我們還希望程序的性能，即運(yùn)行的速度越快越好。多線程編程的性能過，可能由很多原因?qū)е?#xff1a;

• 頻繁的切換線程導(dǎo)致的上下文切換，導(dǎo)致CPU花費(fèi)過多時間用于線程調(diào)度。
• 多個線程共享數(shù)據(jù)為了線程安全必須使用同步機(jī)制，從而帶了額外的性能開銷。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java多线程开发（一）Java多线程编程简介的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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