Java 多线程系列文章第 5 篇。
试想一下没有线程的程序是怎么样的?百度网盘在上传文件时就无法下载文件了,得等文件上传完成后才能下载文件。这个我们现在看起来很反人性,因为我们习惯了一个程序同时可以进行运行多个功能,而这些都是线程的功劳。
之前的文章 进程知多少 中讲到,为了实现多个程序并行执行,引入了进程概念。现在引入线程是为了让一个程序能够并发执行。
线程ID:线程标识符。
当前指令指针(PC):指向要执行的指令。
寄存器集合:存储单元寄存器的集合。
堆栈:暂时存放数据和地址,一般用来保护断点和现场。
线程和进程之间的区别,我觉得可以用这个例子来看出两者的不同,进程就是一栋房子,房子住着 3 个人,线程就是住在房子里的人。进程是一个独立的个体,有自己的资源,线程是在进程里的,多个线程共享着进程的资源。
我们看到 Java 源代码里面,线程状态的枚举有如下 6 个。
public enum State {
//新建状态
NEW,
//运行状态
RUNNABLE,
//阻塞状态
BLOCKED,
//等待状态
WAITING,
//等待状态(区别在于这个有等待的时间)
TIMED_WAITING,
//终止状态
TERMINATED;
}
下面给这 6 个状态一一做下解释。
NEW:新建状态。在创建完 Thread ,还没执行 start() 之前,线程的状态一直是 NEW。可以说这个时候还没有真正的一个线程映射着,只是一个对象。
RUNNABLE:运行状态。线程对象调用 start() 之后,就进入 RUNNABLE 状态,该状态说明在 JVM 中有一个真实的线程存在。
BLOCKED:阻塞状态。线程在等待锁的释放,也就是等待获取 monitor 锁。
WAITING:等待状态。线程在这个状态的时候,不会被分配 CPU,而且需要被显示地唤醒,否则会一直等待下去。
TIMED_WAITING:超时等待状态。这个状态的线程也一样不会被分配 CPU,但是它不会无限等待下去,有时间限制,时间一到就停止等待。
TERMINATED:终止状态。线程执行完成结束,但不代表这个对象已经没有了,对象可能还是存在的,只是线程不存在了。
线程既然有这么多个状态,那肯定就有状态机,也就是在什么情况下 A 状态会变成 B 状态。下面就来简单描述一下。
结合下图,我们 new 出线程类的时候,就是 NEW
状态,调用 start() 方法,就进入了 RUNNABLE
状态,这时如果触发等待,则进入了 WAITING
状态,如果触发超时等待,则进入 TIMED_WAITING
状态,当访问需要同步的资源时,则只有一个线程能访问,其他线程就进入 BLOCKED
状态,当线程执行完后,进入 TERMINATED
状态。
其实在 JVM 中,线程是有 9 个状态,如下所示,有兴趣的同学可以深入了解一下。
javaClasses.hpp
enum ThreadStatus {
NEW = 0,
RUNNABLE = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // runnable / running
JVMTI_THREAD_STATE_RUNNABLE,
SLEEPING = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // Thread.sleep()
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_WITH_TIMEOUT +
JVMTI_THREAD_STATE_SLEEPING,
IN_OBJECT_WAIT = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // Object.wait()
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_INDEFINITELY +
JVMTI_THREAD_STATE_IN_OBJECT_WAIT,
IN_OBJECT_WAIT_TIMED = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // Object.wait(long)
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_WITH_TIMEOUT +
JVMTI_THREAD_STATE_IN_OBJECT_WAIT,
PARKED = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // LockSupport.park()
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_INDEFINITELY +
JVMTI_THREAD_STATE_PARKED,
PARKED_TIMED = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // LockSupport.park(long)
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +
JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_WITH_TIMEOUT +
JVMTI_THREAD_STATE_PARKED,
BLOCKED_ON_MONITOR_ENTER = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // (re-)entering a synchronization block
JVMTI_THREAD_STATE_BLOCKED_ON_MONITOR_ENTER,
TERMINATED = JVMTI_THREAD_STATE_TERMINATED
};
下面讲一讲在 Java 中如何创建一个线程。众所周知,实现 Java 线程有 2 种方式:继承 Thread 类和实现 Runnable 接口。
继承 Thread 类,重写 run()
方法。
class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println("MyThread");
}
}
实现 Runnable 接口,实现 run()
方法。
class MyRunnable implements Runnable {
public void run() {
System.out.println("MyRunnable");
}
}
这 2 种线程的启动方式也不一样。MyThread
是一个线程类,所以可以直接 new
出一个对象出来,接着调用 start()
方法来启动线程;而 MyRunnable
只是一个普通的类,需要 new
出线程基类 Thread
对象,将 MyRunnable
对象传进去。
下面是启动线程的方式。
public class ThreadImpl {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
Thread myRunnable = new Thread(new MyRunnable());
System.out.println("main Thread begin");
myThread.start();
myRunnable.start();
System.out.println("main Thread end");
}
}
打印结果如下:
main Thread begin
main Thread end
MyThread
MyRunnable
看这结果,不像咱们之前的串行执行依次打印,主线程不会等待子线程执行完。
敲重点:不能直接调用 run()
,直接调用 run()
不会创建线程,而是主线程直接执行 run()
的内容,相当于执行普通函数。这时就是串行执行的。看下面代码。
public class ThreadImpl {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
Thread myRunnable = new Thread(new MyRunnable());
System.out.println("main Thread begin");
myThread.run();
myRunnable.run();
System.out.println("main Thread end");
}
}
打印结果:
main Thread begin
MyThread
MyRunnable
main Thread end
从结果看出只是串行的,但看不出没有线程,我们看下面例子来验证直接调用 run()
方法没有创建新的线程,使用 VisualVM 工具来观察线程情况。
我们对代码做一下修改,加上 Thread.sleep(1000000)
让它睡眠一段时间,这样方便用工具查看线程情况。
调用 run()
的代码:
public class ThreadImpl {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
myThread.setName("MyThread");
Thread myRunnable = new Thread(new MyRunnable());
myRunnable.setName("MyRunnable");
System.out.println("main Thread begin");
myThread.run();
myRunnable.run();
System.out.println("main Thread end");
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println("MyThread");
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class MyRunnable implements Runnable {
public void run() {
System.out.println("MyRunnable");
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
运行结果:
main Thread begin
MyThread
只打印出 2 句日志,观察线程时也只看到 main
线程,没有看到 MyThread
和 MyRunnable
线程,印证了上面咱们说的:直接调用 run()
方法,没有创建线程。
下面我们来看看有
调用 start()
的代码:
public class ThreadImpl {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
myThread.setName("MyThread");
Thread myRunnable = new Thread(new MyRunnable());
myRunnable.setName("MyRunnable");
System.out.println("main Thread begin");
myThread.start();
myRunnable.start();
System.out.println("main Thread end");
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
运行结果:
main Thread begin
main Thread end
MyThread
MyRunnable
所有日志都打印出来了,并且通过 VisualVM 工具可以看到 MyThread
和 MyRunnable
线程。看到了这个结果,切记创建线程要调用 start()
方法。
今天就先讲到这,继续关注后面的内容。
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