线程的操作

简介: 本文详细介绍了线程的开启、终止、等待和休眠。首先解释了`start`与`run`的区别:`start`用于真正创建线程并调用系统API,而`run`则是线程执行的具体任务。接着讨论了线程终止的两种方式:通过共享标记和调用`interrupt()`方法。文中还分析了使用`join()`方法实现线程等待的机制,并展示了如何通过`Thread.sleep()`让线程休眠以降低CPU占用率。这些内容通过实例代码和图示进行了清晰说明。

1. 线程的开启

start和run的区别:

run:描述了线程要执行的任务,也可以称为线程的入口

start:调用系统函数,真正的在系统内核中创建线程(创建PCB,加入到链表中),此处的start会根据不同的系统,分别调用不同的api,创建好之后的线程,再单独去执行run(所以说,start的本质是调用系统api,系统的api会在内核中创建线程)

start执行的速度是比较快的,一旦 start 执行完毕,新线程就会开始执行,调用start的线程,main线程也会继续执行

在Java中,一个Thread对象只能对应到一个系统中的线程,在start中就会根据线程的状态来判断,如果Thread对象没有start,此时的状态就是一个new状态,可以顺利调用start,如果已经调用过start,就会进入到其他状态,只要不是new状态,都会抛出异常

2. 线程的终止

当线程B正在运行时,如果发生了特殊情况需要终止掉线程,有两种实现方式:

  1. 通过共享的标记来进行沟通
  2. 调用interrupt()方法来通知

先来看使用自定义的isQuit作为标志位的例子:

public class ThreadDemo4 {
    private static boolean isQuit = false;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                while (!isQuit){
                    System.out.println("thread");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }
                System.out.println("thread线程终止了");
            }
        };
        thread.start();
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("main线程尝试终止thread线程...");
        isQuit = true;
    }
}

这时就有一个问题需要注意:

如果isQuit不用static修饰,改为main方法里的局部变量可行不可行?ans:肯定是不可行的

这就涉及到了lambda表达式变量捕获的问题了

变量捕获是lambda表达式/匿名内部类中的一个语法规则:isQuit和lambda表达式定义在一个作用域中,此时lambda内部是可以访问到外部(和lambda同一个作用域)中的变量的,Java中的变量捕获是有一个特殊要求的,要求捕获的变量必须是final或事实final(虽然不是final修饰,但是后面没有更改)

就如上面的代码中,isQuit后面是被修改了的,所以就违反了语法规则

刚开始的形式为什么可以:写在外面就是外部类的成员变量,内部类本来就是可以访问外部类的

再来看interrupted的例子:

Thread类里面有一个boolean类型的成员变量interrupted,初始状态为false,一旦外面有线程调用interrupt方法,就会设置标志位为true

public class ThreadDemo5 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(()->{
            Thread currentThread = Thread.currentThread();
            while (!currentThread.isInterrupted()){
                System.out.println("thread");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        });
        thread.start();
        Thread.sleep(1000);
        //主线程中控制thread被终止,设置标志位
        thread.interrupt();
    }
}

看起来是和自定义的标志位一样的,但是运行之后就会发现出现了异常:

由于在循环中判断和打印的操作太快了,整个循环的时间都是花在sleep方法里的,当main中调用interrupt时,大概率线程thread是在sleep中的,此时Interrupt就不仅能设置标志位,还可以唤醒thread线程,就会抛出InterruptedException异常,catch中捕获到异常也是做了抛出处理,就交给了JVM,程序就异常终止,那么把处理异常的方式更改一下试试:

这时就会发现while循环中的代码一直在执行

这里的原因是当sleep等阻塞函数被唤醒之后,就会清空刚刚设置的标志位,这时interrupted就一直是初始状态,也就导致了死循环,如果需要结束循环,可以把刚刚的异常处理直接改为break。

Java中终止线程的方式:A线程希望B线程能够终止,B线程收到这样的请求之后就可以自行决定是否是立即终止,稍后终止还是直接无视

  1. 如果B线程想要无视A,catch中就什么也不做,B线程就继续执行(sleep清除标志位)
  2. 如果B线程想要立即结束,就在catch中直接break或return
  3. 如果B线程想要稍后再终止,就可以在catch中添加其他的逻辑(释放资源,清理数据,提交结果...),这些完成之后再break/return.

3. 线程的等待

在之前提到过,操作系统针对多个线程的执行是一个“随机执行,抢占式调度”的过程,哪条线程先执行和先结束是不确定的,不过可以通过使用线程等待来决定哪条线程先结束,也就是让最后结束的线程等待先结束的线程,此时后结束的线程就进入了阻塞状态

例如在a线程中调用b.join(),就是让a线程等待b线程先结束,然后a再继续执行

public class ThreadDemo6 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                System.out.println("thread1");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            System.out.println("thread1结束了");
        });
        thread1.start();
        System.out.println("main线程开始等待");
        try {
            thread1.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("main线程结束等待");
    }
}

上面的代码是thread1线程先执行,然后main线程开始等待,进入阻塞状态,如果说修改为先让thread1线程结束,main线程再开始等待会如何呢?

此时join并没有发生阻塞,join方法就是确保被等待的线程能够先结束,如果已经结束了,就没有等待的必要了

此外,任何线程都可以等待别的线程,而且可以等待多个线程,或者是多个线程之间互相等待

public class ThreadDemo7 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(()->{
            for(int i = 0;i < 3;i++){
                System.out.println("线程t1执行...");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            System.out.println("线程t1结束");
        });
        Thread t2 = new Thread(()->{
            for(int i = 0;i < 3;i++){
                System.out.println("线程t2执行...");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            System.out.println("线程t2结束");
        });
        t1.start();
        t2.start();
        System.out.println("main线程开始等待...");
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println("main线程结束等待");
    }
}

这就是main线程同时等待两个线程的例子,关于两个join的顺序其实没有区别,最终都是等待了4s

在main等待t1和t2同时,t2也可以等待t1:

这样就把原来t1和t2并发执行修改为了t1先执行

main线程也可以被其他线程等待,不过写法不同的是,需要先获取main线程的引用

public class ThreadDemo8 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread mainThread = Thread.currentThread();
        Thread thread = new Thread(()->{
            System.out.println("thread等待main线程");
            try {
                mainThread.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            System.out.println("结束等待");
        });
        thread.start();
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("main线程结束");
    }
}

在上面使用的join方法中,由于是没有传入参数的,就表示被等待的线程只要没有执行完,就会一直等待,这种方式肯定是不好的,如果被等待的线程出现问题了,就会使这个等待操作一直进行,所以就有了传参的版本,但上面列举的第三个高精度的一般也用不到

4. 线程的休眠

之前一直用的Thread.sleep()这个操作就是让调用的线程阻塞等待一定时间的,线程执行sleep之后,就会使这个线程不参与CPU的调度,把CPU的资源让出来,给其他线程使用,在开发时,如果发现某个线程的CPU占用率过高,就可以通过sleep来改善,虽然说线程的优先级也可以影响,但比较有限

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