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QiShunwang

“诚信为本、客户至上”

Java底层分析多线程行为

2021/6/3 16:19:14   来源:

多线程是指同时执行多个线程以提高应用程序的性能。

例如,处理大量信息的框架(如Spring批处理)使用线程来管理数据。同时操作线程或CPU进程可以提高性能,从而得到更快、更高效的程序。

第一个线程: main() 方法

即使你从未直接使用线程,你也在间接使用它,因为main()方法包含一个主线程。无论何时执行该main()方法,你都执行了主线程。

我们可以通过调用currentThread().getName()方法来访问正在执行的线程,如下所示:

public class MainThread {

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

}

此代码将打印“main”,标识当前正在执行的线程。这是学习多线程概念的第一步。

Java线程生命周期

使用线程时,了解线程状态至关重要。Java的线程生命周期包含六种线程状态:

  • New:Thread()已经实例化了一个新的。

  • Runnable接:本Thread的start()方法被调用。

  • Running:start()已调用该方法并且线程正在运行。

  • Suspended:线程暂时挂起,可以由另一个线程恢复。

  • Blocked:线程正在等待机会运行。当一个线程已经调用该synchronized()方法并且下一个线程必须等到它完成时,就会发生这种情况。

  • Terminated:线程的执行完成。

并发多线程处理:扩展Thread类

最简单的是,通过扩展Thread类来完成并发处理,如下所示。

public class InheritingThread extends Thread {

InheritingThread(String threadName) {
super(threadName);
}

public static void main(String... inheriting) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running");

new InheritingThread("inheritingThread").start();
}

@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running");
}
}

在这里,我们运行两个线程:MainThread和InheritingThread。当我们start()使用new 调用方法时inheritingThread(),将run()执行方法中的逻辑。

我们还在Thread类构造函数中传递第二个线程的名称,因此输出将是:

main is running.inheritingThread is running.

并发多线程处理:Runnable接口

你也可以实现Runnable接口,而不是使用继承。Runnable在Thread构造函数内部传递会导致更少的耦合和更大的灵活性。传递之后Runnable,我们可以start()像上一个示例中那样调用方法:

public class RunnableThread implements Runnable {

public static void main(String... runnableThread) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());

new Thread(new RunnableThread()).start();
}

@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}

}

非守护进程vs守护进程线程

在执行方面,有两种类型的线程:

  • 执行非守护程序线程会一直到结束。主线程本身就是非守护程序线程的一个很好的例子。main()除非System.exit()强制程序完成,否则代码输入将始终执行到最后。

  • 一个守护线程是相反的,是一个不需要一直执行到结束的处理程序。

请记住规则:如果封闭的非守护程序线程在守护程序线程之前结束,则守护程序线程将在结束之前执行。为了更好地理解守护进程和非守护进程线程的关系,请参考以下示例:

import java.util.stream.IntStream;

public class NonDaemonAndDaemonThread {

public static void main(String... nonDaemonAndDaemon) throws InterruptedException {
System.out.println("Starting the execution in the Thread " + Thread.currentThread().getName());

Thread daemonThread = new Thread(() -> IntStream.rangeClosed(1, 100000)
.forEach(System.out::println));

daemonThread.setDaemon(true);
daemonThread.start();

Thread.sleep(10);

System.out.println("End of the execution in the Thread " +
Thread.currentThread().getName());
}

}

在这个例子中,我使用了守护程序线程来声明1到100,000的范围,迭代所有这些,然后打印。但请记住,如果非守护进程的主线程首先完成,守护程序线程将无法完成执行。

输出将按如下方式进行:

  1. 在主线程中开始执行。

  2. 打印数字从1到100,000。

  3. 主线程中的执行结束,很可能在迭代到100,000之前完成。

最终输出将取决于你的JVM实现。

事实证明:线程是不可预测的。

线程优先级和JVM

可以使用该setPriority方法确定线程执行的优先级,但是如何处理它取决于JVM实现。Linux,MacOS和Windows都有不同的JVM实现,每个都将根据自己的默认值处理线程优先级。

但是,你设置的线程优先级确实会影响线程调用的顺序。在Thread类上的三个常数是:

/**
* The minimum priority that a thread can have.
*/
public static final int MIN_PRIORITY = 1;

/**
* The default priority that is assigned to a thread.
*/
public static final int NORM_PRIORITY = 5;

/**
* The maximum priority that a thread can have.
*/
public static final int MAX_PRIORITY = 10;

尝试对以下代码运行一些测试,以查看最终的执行优先级

public class ThreadPriority {

public static void main(String... threadPriority) {
Thread moeThread = new Thread(() -> System.out.println("Moe"));
Thread barneyThread = new Thread(() -> System.out.println("Barney"));
Thread homerThread = new Thread(() -> System.out.println("Homer"));

moeThread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
barneyThread.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
homerThread.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

homerThread.start();
barneyThread.start();
moeThread.start();
}

}

即使我们设置moeThread为MAX_PRIORITY,我们也不能指望首先执行此线程。相反,执行顺序将是随机的。

但是,使用常量有一个问题:如果传递的优先级数字不在1到10的范围内,setPriority()方法将引发IllegalArgumentException。所以我们可以使用枚举来解决这个问题。使用枚举Enums既简化了代码,又能够更好地控制代码的执行。

Java线程挑战!

我们已经了解了不少关于线程的知识,如果你想更进一步,研究以下代码:

public class ThreadChallenge {
private static int line = 10;

public static void main(String... doYourBest) {
new tool("Car").start();

tool Bike = new tool("Bike");
Bike.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
Bike.setDaemon(false);
Bike.start();

tool Train = new tool("Train");
Train.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
Train.start();
}

static class tool extends Thread {
tool(String Name) { super(Name); }

@Override public void run() {
line++;
if (line == 13) {
System.out.println(this.getName());
}
}
}
}

这段代码的输出是什么?根据你上面学的内容分析代码。

A. Car

B. Bike

C. Train

D. 不确定

解析上述代码,了解多线程的运行

在上面的代码中,我们创建了三个线程。第一个线程是Car,我们为此线程分配了默认优先级。第二个线程是Bike,分配了MAXPRIORITY优先级。第二个线程是Train,分配了MINPRIORITY优先级。然后我们开始了多线程。为了确定线程将运行的顺序,您可能首先注意到tool类扩展了Thread类,并且我们已经在构造函数中传递了线程名称。我们还run()中如果line等于13就进行打印。**注意!即使Train是我们执行顺序中的第三个线程,并且MIN_PRIORITY不能保证它将在所有JVM实现的最后执行。**您可能还会注意到,在此示例中,我们将Bike线程设置为守护,所以它是一个守护程序线程,Bike可能永远不会完成执行。但是其他两个线程默认是非守护进程,因此Car和Train线程肯定会完成它们的执行。总之,结果将是D:不确定,因为无法保证线程调度程序将遵循我们的执行顺序或线程优先级。请记住,如果不借助JUC的工具,我们不能依赖程序逻辑(线程或线程优先级的顺序)来预测线程的执行顺序。

多线程常见错误

  • 调用run()方法以尝试启动新线程。

  • 试图启动一个线程两次(这将导致一个IllegalThreadStateException)。

  • 允许多个进程在不应更改时更改对象的状态。

  • 编写依赖于线程优先级的程序逻辑

  • 依赖于线程执行的顺序 - 即使我们首先启动一个线程,也不能保证它将首先被执行。

关于多线程要记住什么

  • 调用start()方法启动一个 Thread。

  • 可以Thread直接扩展类以使用线程。

  • 可以在Runnable接口内实现线程动作。

  • 线程优先级取决于JVM实现。

  • 线程行为将始终取决于JVM实现。

  • 如果封闭的非守护程序线程首先结束,则守护程序线程将无法完成。

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