Java并发编程基础(一)线程简介

一、什么是线程


现代操作系统调度的最小单元是线程,在一个进程里可以创建多个线程,这些线程都拥有各自的计数器、堆栈和局部变量等属性,并且能够访问共享的内存变量。处理器在这些线程上高速切换,让使用者感觉到这些线程在同时执行。

二、为什么要使用多线程


  • 更多的处理器核心

一个单线程程序在运行时只能使用一个处理器核心,那么再多的处理器核心加入也无法显著提升该程序的执行效率。相反,如果该程序使用多线程技术,将计算逻辑分配到多个处理器核心上,就会显著减少程序的处理时间,并且随着更多处理器核心的加入而变得更有效率。

  • 更快的响应时间

有时我们会编写业务较为复杂的代码。例如,一笔订单的创建,它包括插入订单数据、生成订单快照、发送邮件通知卖家和记录货品销售数量。可以使用多线程技术,将数据一致性不强的操作派发给其他线程处理(也可以使用消息队列),如生成订单快照、发送邮件等。好处是响应用户请求的线程能够尽可能快地处理完成,缩短了响应时间,提升用户体验。

三、线程优先级


现代操作系统基本采用分时的形式调度运行线程,操作系统会分出一个个时间片,线程会分配到若干时间片,当线程的时间片用完了就会发生线程调度,等待下次分配。线程优先级就是决定线程需要多或者少分配一些处理器资源的线程属性。

通过一个整型成员变量priority来控制优先级,优先级范围从1~10,在线程构建时可以通过setPriority(int)方法来修改线程优先级,默认优先级是5。线程优先级不能作为程序正确性的依赖,许多操作系统都是完全不理会Java线程对于优先级的设定的。

四、线程的状态


状态名称 说明
NEW 初始状态,线程被构建,但是还没有调用start()方法
RUNNABLE 运行状态,就绪和 运行中两种状态都称作运行中
BLOCKED 阻塞状态,标识线程阻塞于锁
WAITING 等待状态,表示线程进入等待状态,进入该状态表示当前线程需要等待其他线程做出一些特定动作(通知或中断)
TIME_WAITING 超时等待状态,不同于WAITING,它可以在指定时间自行返回
TERMINATED 终止状态,表示当前线程已经执行完毕
// ThreadState.java
public class ThreadState {
    
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new TimeWaiting(), "TimeWaitingThread").start();
        new Thread(new Waiting(), "WaitingThread").start();
        // 使用两个Blocked线程, 一个获取锁成功, 另一个被阻塞
        new Thread(new Blocked(), "BlockedThread-1").start();
        new Thread(new Blocked(), "BlockedThread-2").start();
    }
    
    // 该线程不断的进行睡眠
    static class TimeWaiting implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                SleepUtils.second(100);
            }
        }
    }
    
    // 该线程在Waiting.class实例上等待
    static class Waiting implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                synchronized (Waiting.class) {
                    try {
                        Waiting.class.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }
    
    // 该线程在Blocked.class 实例上加锁后,不会释放该锁
    static class Blocked implements Runnable {
        public void run() {
            synchronized (Blocked.class) {
                while (true) {
                    SleepUtils.second(100);
                }
            }
        }
    }
    

}
// SleepUtils.java
public class SleepUtils {
    
    public static final void second(long seconds) {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(seconds);
        } catch (InterruptedException e) {
            
        }
    }

}

命令行输入“jps”,得到ThreadState的进程id(如929)后,输入“jstack 929”,尝试查看示例进程运行时的线程信息:

// BlockedThread-2 线程阻塞在获取Blocked.class示例的锁上
"BlockedThread-2" prio=5 tid=0x00007feacb05d000 nid=0x5d03 waiting for monitor entry 
[0x000000010fd58000]
        java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)

// BlockedThread-1 线程获取到了Blocked.class的锁
"BlockedThread-1" prio=5 tid=0x00007feacb05a000 nid=0x5b03 waiting on condition
[0x000000010fc55000]
        java.lang.Thread.State: TIME_WAITING (sleeping)

// WaitingThread线程在Waiting实例上等待
"WaitingThread" prio=5 tid=0x00007feacb059800 nid=0x5903 in Object.wait()
[0x000000010fb52000]
        java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)

// TimeWaitingThread 线程处于超时等待
"TimeWaitingThread" prio=5 tid=0x00007feacb058800 nid=0x5703 waiting on condition
[0x000000010fa4f000]
        java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)
java线程状态变迁

五、守护线程


Daemon线程是一种支持型线程,因为它主要被用作程序中后台调度以及支持性工作。这意味着,当一个Java虚拟机中不存在非Daemon线程的时候,Java虚拟机将会退出。因此,不能依靠Daemon线程的finally块中的内容来确保执行关闭或清理资源的逻辑。
可以通过Thread.setDaemon(true)将线程设置为Daemon线程。

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