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【JavaEE初阶】Thread 类及常见方法、线程的状态

article 2024/11/17 6:23:24

1、Thread 类及常见方法

1.1 Thread 的常见构造方法

1.2 Thread 的几个常见属性

1.3 启动⼀个线程 - start()

1.4 中断⼀个线程

1.5 等待⼀个线程 - join()

1.6 获取当前线程引用

1.7 休眠当前线程

2、线程的状态

2.1 观察线程的所有状态

2.2 线程状态和状态转移的意义

2.3 观察线程的状态和转移

1、Thread 类及常见方法

Thread 类是 JVM 用来管理线程的⼀个类，换句话说，每个线程都有⼀个唯⼀的 Thread 对象与之关联。

每个执行流，也需要有⼀个对象来描述，类似下图所示，Thread 类的对象就是用来描述⼀个线程执行流的，JVM 会将这些 Thread 对象组织起来，用于线程调度，线程管理。

1.1 Thread 的常见构造方法

代码示例：

Thread t1 = new Thread();
Thread t2 = new Thread(new MyRunnable());
Thread t3 = new Thread("这是我的名字");
Thread t4 = new Thread(new MyRunnable(), "这是我的名字");

1.2 Thread 的几个常见属性

ID 是线程的唯⼀标识，不同线程不会重复，是JVM自动分配的身份标识
名称是各种调试工具用到
状态表示线程当前所处的⼀个情况，下面我们会进⼀步说明
优先级高的线程理论上来说更容易被调度到
关于后台线程，需要记住⼀点：JVM会在⼀个进程的所有⾮后台线程结束后，才会结束运⾏。

补充：

前台线程的运行会阻止进程的结束；后台线程的运行不会阻止进程的结束。

咱们代码创建的线程，默认就是前台线程，会阻止进程的结束，只要前台线程没执行完，进程就不会结束，即使main已经执行完毕了。

代码举例：
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t= new Thread(()->{
            for (int i = 0;i < 10;i++) {
                System.out.println("线程工作");
                try{
                    Thread.sleep(3000);
                }catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        t.start();
    }
}
分析这个代码，当执行到t.start()时，会创建一个新的线程，新的线程去执行循环，而main线程继续自己的后续代码的执行，此时后面已没有代码，则main线程执行完毕，可以通过jonsole工具进行查看，如图：

按照我们之前的理解，main执行完毕，进程就应该结束，但是很明显，该进程依然继续执行，我们可以根据上述代码的运行结果来看：

若我们把 t 线程设为后台线程，结果又是如何呢？

设为后台线程的代码：
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t= new Thread(()->{
            for (int i = 0;i < 10;i++) {
                System.out.println("线程工作");
                try{
                    Thread.sleep(1000);
                }catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        t.setDaemon(true);
        t.start();
    }
}
这时的运行结果如图，可知当线程 t 设为后台线程就不会阻止进程的结束了，当main执行完毕，进程就直接结束了。

是否存活，即简单的理解为 run 方法是否运行结束了

补充：

isAlive()该方法表示了内核中的线程（PCB）是否还存在。

java代码中定义的线程对象（Thread）实例，虽然表示一个线程，但这个对象本身的生命周期与内核中的线程PCB生命周期是不完全一样的。

当实例化完一个对象 t 时，此时 t 对象有了，但内核pcb还没有创建，所以此时isAlive()是false的。
当执行完 t.start() ，这时就真正在内核中创建出pcb，此时isAlive()的值就是true了。
当线程run执行完了，此时内核中的线程就结束了（内核pcb就释放了），但是t对象可能还存在，isAlive()的值仍是false。

线程的中断问题，下面我们进⼀步说明

下面是代码示例：

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 我还活着");
                            Thread.sleep(1 * 1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 我即将死去");
        });
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                + ": ID: " + thread.getId());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                + ": 名称: " + thread.getName());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                + ": 状态: " + thread.getState());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                + ": 优先级: " + thread.getPriority());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                + ": 后台线程: " + thread.isDaemon());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                + ": 活着: " + thread.isAlive());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                + ": 被中断: " + thread.isInterrupted());
        thread.start();
        while (thread.isAlive()) {}
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                + ": 状态: " + thread.getState());
    }
}

运行结果：

1.3 启动⼀个线程 - start()

之前我们已经看到了如何通过覆写 run 方法创建⼀个线程对象，但线程对象被创建出来并不意味着线程就开始运行了。

覆写 run 方法是提供给线程要做的事情的指令清单
线程对象可以认为是把李四、王五叫过来了
而调用 start()方法，就是喊⼀声：“行动起来！”，线程才真正独立去执行了

调用 start 方法, 才真的在操作系统的底层创建出⼀个线程. 对于同一个Thread对象来说，start只能调用一次。

经典面试题：start 和 run 的区别

用一个代码来说明：
class MyThread8 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println("hello");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            }catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
public class ThreadDemo8 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new MyThread8();
        //t.run();   //此时是main方法调用run，没有创建新线程，后续的循环执行不到
        t.start();  //会创建新的线程，新线程执行run的循环，主线程main继续后续代码
        while (true) {
            System.out.println("hello main");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            }catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
当创建一个Thread类对象 t 时：

由 t 调用run方法时（ t.run() )，并没有创建出一个新的线程，这个操作还是在主线程main中进行的，循环打印hello，此时代码就只能停留在run的循环中了，下方main中的循环执行不到。

若由 t 调用start，这时会创建出一个新的线程，去执行run循环；main线程则继续执行自己的后续循环。

总结：

作用功能不同：

run方法的作用是描述线程具体要执行的任务；
start方法的作用是真正的去申请系统线程

运行结果不同：

run方法是一个类中的普通方法，主动调用和调用普通方法一样，会顺序执行一次；
start调用方法后, start方法内部会调用Java 本地方法（封装了对系统底层的调用）真正的启动线程，并执行run方法中的代码，run 方法执行完成后线程进入销毁阶段。

1.4 中断⼀个线程

接着上面图片张三、李四的例子，李四⼀旦进到工作状态，他就会按照行动指南上的步骤去进行工作，不完成是不会结束的。但有时我们需要增加⼀些机制，例如老板突然来电话了，说转账的对方是个骗子，需要赶紧停⽌转账，那张三该如何通知李四停止呢？这就涉及到我们的停⽌线程的方式了。

目前常见的有以下两种方式：

通过共享的标记来进行沟通
调用 interrupt() 方法来通知

示例1: 使用自定义的变量来作为标志位，示例代码：

public class ThreadDemo9 {
    private static boolean isQuit = false;
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(()->{
            while (!isQuit) {
                System.out.println("hello");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                }catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("t结束");
        });
        t.start();

        try {
            Thread.sleep(3000);
        }catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("让t线程结束");
        isQuit = true;
    }
}

运行结果：

我们可以看到代码中，将自定义的变量标志位写成了类的静态成员变量，那是否可以写为main方法中的局部变量？

不可以！ 当你定义为局部变量时，会发现提示编译错误。

这是因为我们使用了创建线程的lambda表达式方法，lambda表达式有一个语法：变量捕获。

lambda表达式的变量捕获，本质上就是，把外面的变量当作参数传进来（参数是隐藏的）。这个捕获的变量得是 final 修饰的或者“事实final”（虽然没有写final，但是没有修改）。因为此处isQuit是确实要修改的，不能写成final，它也不是事实final,因此将标志位变量isQuit定义为局部变量是行不通的！

那为什么可以定义为成员变量呢？

lambda表达式，本质上是“函数式接口”，匿名内部类。对于内部类，访问外部类的成员是完全可以的，这个事情不受到变量捕获的影响。

示例2: 使用 Thread.interrupted() 或者 Thread.currentThread().isInterrupted() 代替自定义标志位。

Thread 内部包含了⼀个 boolean 类型的变量作为线程是否被中断的标记。

示例代码：

public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(()->{
           while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
               System.out.println("我是一个线程，正在工作");

               //interrupt会影响sleep,线程不会结束
                 try {
                    Thread.sleep(1000);
                }catch (InterruptedException e) {
                   e.printStackTrace();
                 }
              
           }
            System.out.println("线程结束");
        });

        t.start();
        try {
            Thread.sleep(3000);
        }catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("让t线程结束");
        t.interrupt();
    }
}

运行结果：

可以看到抛出异常，并且线程不会结束，继续往下循环输出。这是因为什么呢？

这是因为存在sleep，在执行sleep的过程中，调用interrupt。大概率sleep休眠时间还没到，被提前唤醒了。

sleep被提前唤醒，会做两件事：

抛出InterruptedException，紧接着就会被catch捕获到
清除Thread对象的isInterrupted标志位

对于线程不会结束，就是标志位被清除了。我们通过interrupt方法，已经把标志位设为true了，但是sleep提前唤醒操作，又把标志位清除，设为原来的false，所以线程不会结束。

如何解决呢？

要想线程结束，只需要在catch中加上break即可。但此时仍会抛异常，不想抛，就不写输出e.printStackTrace()。

Thread t = new Thread(()->{
           while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
               System.out.println("我是一个线程，正在工作");
               try {
                  Thread.sleep(1000);
               }catch (InterruptedException e) {
                  // e.printStackTrace();
                   break;  //加上break，仍会抛异常（不想抛，就不写上面输出e.printStackTrace()），线程会结束
              }
           }
            System.out.println("线程执行完毕");
        });

这时的结果：

thread 收到通知的方式有两种：

如果线程因为调用 wait/join/sleep 等方法而阻塞挂起，则以 InterruptedException 异常的形式通知，并清除中断标志。当出现 InterruptedException 的时候, 要不要结束线程取决于 catch 中代码的写法，可以选择忽略这个异常，也可以跳出循环结束线程。
否则，只是内部的⼀个中断标志被设置，thread 可以通过 Thread.currentThread().isInterrupted() 判断指定线程的中断标志被设置，不清除中断标志。这种方式通知收到的更及时，即使线程正在 sleep 也可以马上收到。

1.5 等待⼀个线程 - join()

有时，我们需要等待⼀个线程完成它的⼯作后，才能进行自己的下⼀步工作。例如，张三只有等李四转账成功，才决定是否存钱，这时我们需要⼀个方法明确等待线程的结束。

代码示例：

public class ThreadDemo {
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
     Runnable target = () -> {
         for (int i = 0; i < 10; i++) {
         try {
             System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
         + ": 我还在⼯作！");
             Thread.sleep(1000);
         } catch (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }
         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 我结束了！")
    };

    Thread thread1 = new Thread(target, "李四");
    Thread thread2 = new Thread(target, "王五");
    System.out.println("先让李四开始⼯作");
    thread1.start();
    thread1.join();
    System.out.println("李四⼯作结束了，让王五开始⼯作");
    thread2.start();
    thread2.join();
    System.out.println("王五⼯作结束了");
 }
}

这里是几个join方法：

1.6 获取当前线程引用

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(thread.getName());
    }
}

1.7 休眠当前线程

也是我们比较熟悉⼀组方法，有⼀点要记得，因为线程的调度是不可控的，所以，这个方法只能保证实际休眠时间是大于等于参数设置的休眠时间的。

public class ThreadDemo {
     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
         System.out.println(System.currentTimeMillis());
         Thread.sleep(3 * 1000);
         System.out.println(System.currentTimeMillis());
     }
}

2、线程的状态

2.1 观察线程的所有状态

线程的状态是⼀个枚举类型 Thread.State.

public class ThreadState {
    public static void main(String[] args) {
        for (Thread.State state : Thread.State.values()) {
            System.out.println(state);
        }
    }
}

NEW: 安排了工作, 还未开始行动
RUNNABLE: 可工作的，又可以分成正在⼯作中和即将开始⼯作.
BLOCKED: 这几个都表示排队等着其他事情
WAITING: 这几个都表示排队等着其他事情
TIMED_WAITING: 这几个都表示排队等着其他事情
TERMINATED: 工作完成了.

2.2 线程状态和状态转移的意义

大家不要被这个状态转移图吓到，我们重点是要理解状态的意义以及各个状态的具体意思。

还是我们之前的例子：

刚把李四、王五找来，还是给他们在安排任务，没让他们行动起来，就是 NEW 状态；

当李四、王五开始去窗口排队，等待服务，就进⼊到 RUNNABLE 状态。该状态并不表示已经被银行 工作人员开始接待，排在队伍中也是属于该状态，即可被服务的状态，是否开始服务，则看调度器的调度;

当李四、王五因为⼀些事情需要去忙，例如需要填写信息、回家取证件、发呆⼀会等等时，进⼊

BLOCKED 、 WATING 、 TIMED_WAITING 状态；

如果李四、王五已经忙完，为 TERMINATED 状态。

所以，我们上面内容介绍的 isAlive() 方法，可以认为是处于不是 NEW 和 TERMINATED 的状态都是活着的。

2.3 观察线程的状态和转移

观察 1: 关注 NEW 、 RUNNABLE 、 TERMINATED 状态的转换

public class ThreadStateTransfer {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000_0000; i++) {}
        }, "李四");
        System.out.println(t.getName() + ": " + t.getState());;
        t.start();
        while (t.isAlive()) {
            System.out.println(t.getName() + ": " + t.getState());;
        }
        System.out.println(t.getName() + ": " + t.getState());;
    }
}

观察 2: 关注 WAITING 、 BLOCKED 、 TIMED_WAITING 状态的转换

public static void main(String[] args) {
    final Object object = new Object();
    Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            synchronized (object) {
                while (true) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
        }, "t1");
    t1.start();
    Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            synchronized (object) {
                System.out.println("hehe");
            }
        }}, "t2");
    t2.start();
}

使⽤ jconsole 可以看到 t1 的状态是 TIMED_WAITING , t2 的状态是 BLOCKED

修改上面的代码, 把 t1 中的 sleep 换成 wait

public static void main(String[] args) {
        final Object object = new Object();
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (object) {
                    try {
                        // [修改这⾥就可以了!!!!!]
                        // Thread.sleep(1000);
                        object.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }, "t1");
 ...
    }

使用户jconsole 可以看到 t1 的状态是 WAITING。

结论：