快速认识线程

 本文参考自Java高并发编程详解

 

1、创建并启动一个线程

下面是不添加线程的程序代码。

package concurrent.chapter01;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class TryConcurrency {
    public static void main(String[] args) {
        browseNews();
        enjoyMusic();
    }
    private static void browseNews() {
        while(true) {
            System.out.println("Uh-huh,the good news.");
            sleep(1);
        }
    }
    private static void enjoyMusic() {
        while(true) {
            System.out.println("Uh-huh,the nice music");
            sleep(1);
        }
    }
    private static void sleep(int i) {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(i);
        }catch (Exception e) {
            
        }
    }
}

运行结果如下：

程序永远不会执行第二个方法。因此我们需要使用线程。

这里通过匿名内部类的方式创建线程，并且重写其中的run方法，使程序交互运行。

package concurrent.chapter01;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class TryConcurrency {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                enjoyMusic();
            }
        }.start();
        browseNews();
    }
    private static void browseNews() {
        while(true) {
            System.out.println("Uh-huh,the good news.");
            sleep(1);
        }
    }
    private static void enjoyMusic() {
        while(true) {
            System.out.println("Uh-huh,the nice music");
            sleep(1);
        }
    }
    private static void sleep(int i) {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(i);
        }catch (Exception e) {
            
        }
    }
}

运行结果如下：

注意：

1、创建一个线程，需要重写Thread中的run方法，Override的注解是重写的标识，然后将enjoyMusic交给他执行。

2、启动新的线程需要重写Thread的start方法，才代表派生了一个新的线程，否则Thread和其他普通的Java对象并无区别，start放法是一个立即返回方法，并不会让程序陷入阻塞。

如果使用Lambda表达式改造上面的代码，那么代码会变得更简洁。

public static void main(String[] args) {
        new Thread(TryConcurrency::enjoyMusic).start();
        browseNews();
    }

2、线程的创建与结束生命周期。

1、线程的new状态。

当我们用关键字new创建一个Thread对象时，此时他并不处于执行状态，因为没用start启动该线程，那么线程的状态为NEW状态，准确的说，它只是Thread对象的状态，因为在没用start之前，该线程根本不存在，与你用new创建一个普通的Java对象没什么区别。

2、线程的RUNNABLE状态

线程对象进入RUNNABLE状态必须调用start方法，那么此时才是真正地在JVM中创建了一个线程，线程一经启动就可以立即执行吗？答案是否定的，线程的运行与否和进程一样都要听令于CPU的调度，那么我们把这个中间状态成为可执行状态，也就是说它具备执行的资格，但是并没有真正地执行起来，而是等待CPU的调度。

3、线程的RUNNING状态

一旦CPU通过轮询或者其他方式从任务可执行队列中选中了线程，那么此时它才能真正的执行自己的逻辑代码，需要说明一点是一个正在RUNNING状态的线程事实上也是RUNNABLE的，但是反过来则不成立。

在该状态中，线程的状态可以发生如下的状态转换。

1. 直接进入TERMINATED状态，比如调用JDK已经不推荐使用的stop方法或者判断某个逻辑标识。
2. 进入BLOCKED状态，比如调用了sleep，或者wait方法而加入了waitSet中。
3. 进行某个阻塞的IO操作，比如因网络数据的读写而进入了BLOCKED状态。
4. 获取某个锁资源，从而加入到该锁的阻塞队列中而进入了BLOCKED状态。
5. 由于CPU的调度器轮询使该线程放弃执行，进入RUNNABLE状态。
6. 线程主动调用yield方法，放弃CPU执行权，进入RUNNABLE状态。

 4、线程的BLOCKED状态

BLOCKED为线程阻塞时的状态，它能进入以下几个状态：

1. 直接进入TERMINATED状态，比如调用JDK已经不推荐使用的stop方法或者JVMCrash
2. 线程阻塞的操作结束，比如读取了想要的数据字节进入到RUNNABLE状态。
3. 线程完成了指定时间的休眠，进入到了RUNNABLE状态
4. Wait中的线程被其他线程notify/notifyall唤醒，进入RUNNABLE状态。
5. 线程获取到了某个锁资源，进入RUNNABLE状态。
6. 线程在阻塞过程中被打断，比如其他线程调用了interrupt方法，进入RUNNABLE状态。

 5、线程的TERMINATED状态

TERMINATED是一个线程的最终状态，在该状态中，线程将不会切换到其他任何状态，线程进入Terminated状态意味着整个线程的生命周期结束了，下列情况将会使线程进入Terminated状态。

1. 线程运行正常结束，结束生命周期。
2. 线程运行出错意外结束
3. JVM崩溃，导致所有的线程都结束。

3、线程的start方法是什么？

首先：Thread start源码如下：

public synchronized void start() {
        /**
         * This method is not invoked for the main method thread or "system"
         * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
         * to this method in the future may have to also be added to the VM.
         *
         * A zero status value corresponds to state "NEW".
         */
        if (threadStatus != 0)
            throw new IllegalThreadStateException();

        /* Notify the group that this thread is about to be started
         * so that it can be added to the group's list of threads
         * and the group's unstarted count can be decremented. */
        group.add(this);

        boolean started = false;
        try {
            start0();
            started = true;
        } finally {
            try {
                if (!started) {
                    group.threadStartFailed(this);
                }
            } catch (Throwable ignore) {
                /* do nothing. If start0 threw a Throwable then
                  it will be passed up the call stack */
            }
        }
    }

    private native void start0();

start方法的源码足够简单，其实最核心的部分是start0这个本地方法，也就是JNI方法；

也就是说在start方法中会调用start0方法，那么重写的那个run方法何时被调用了呢？

实际上在开始执行这个线程的时候，JVM将会调用该线程的run方法，换言之，run方法是被JNI方法start0调用的，仔细阅读start的源码将会总结出如下几个知识要点。

1. Thread被构造后的NEW状态，实际上threadStatus这个内部属性为0.
2. 不能俩次启动Thread，否则就会出现IllegalThreadStateException异常。
3. 线程启动后会被加入到一个ThreadGroup中。
4. 一个线程生命周期的结束也就是到了terminated再次调用start方法是不允许的，也就是说Terminated状态是没有办法回到runnable状态的。

如执行以下代码：

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class A {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
                }catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        thread.start();
        thread.start();
    }
}

此时程序就会抛出

当我们改下代码，也就是生命周期结束后，再重新调用时。

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class A {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                }catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        thread.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        thread.start();
    }
}

我们会发现程序同样会抛出illegalThread异常。

注意：程序虽然同样会抛出异常，但是这俩个异常是有本质区别的。

1. 第一个是因为重复启动，只是第二次启动时不允许的，但是此时线程是处于运行状态的。
2. 第二次企图重新激活也抛出了非法状态的异常，但是此时没有线程，因为该线程的生命周期已经被终结。

通过以上分析我们不难看出，线程真正的执行逻辑是在run方法中，通常我们会把run方法成为线程的执行单元。

如果我们没有重写run，那run就是个空方法。

Thread的run和start是一个比较经典的模板设计模式，父类编写算法结构代码，子类实现逻辑细节，下面是一个简单的模板设计模式。

package concurrent.chapter01;

public class TemplateMethod {
    public final void print(String message) {
        System.out.println("###");
        wrapPrint(message);
        System.out.println("###");
    }
    protected void wrapPrint(String message) {
        
    }
    public static void main(String[] args) {
        TemplateMethod t1 = new TemplateMethod() {
            @Override
            protected void wrapPrint(String message) {
                System.out.println("*"+message+"*");
            }
        };
        t1.print("Hello Thread");
        TemplateMethod t2 = new TemplateMethod() {
            @Override
            protected void wrapPrint(String message) {
                System.out.println("+"+message+"+");
            }
        };
        t2.print("Hello Thread");
    }
}

运行结果如下：

4、下面是一个模拟营业大厅叫号机的程序

假设共有4台出号机，这就意味着有4个线程在工作，下面我们用程序模拟一下叫号的过程，约定当天最多受理50笔业务，也就是说号码最多可以出到50

代码如下：

package concurrent.chapter01;

public class TicketWindow extends Thread{
    private final String name;
    private static final int MAX = 50;
    private int index = 1;
    public TicketWindow(String name) {
        this.name=name;
    }
    @Override
    public void run() {
        while(index<=MAX) {
            System.out.println("柜台："+name+" 当前号码是:"+(index++));
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        TicketWindow t1 = new TicketWindow("一号初号机");
        t1.start();
        TicketWindow t2 = new TicketWindow("二号初号机");
        t2.start();
        TicketWindow t3 = new TicketWindow("三号初号机");
        t3.start();
        TicketWindow t4 = new TicketWindow("四号初号机");
        t4.start();
    }
}

运行结果如下：

显然这不是我们想看到的。如何改进呢？

这里我将index设置为staic变量

貌似有了改善。但是会出现线程安全问题。

所以Java提供了一个接口：Runnable专门用于解决该问题，将线程和业务逻辑的运行彻底分离开。

5、Runnable接口的引入及策略模式

Runnalbe接口非常简单，只是定义了一个无参数无返回值的run方法，具体代码如下：

public interface Runnable{
  void run();    
}

在很多书中，都会说，创建线程有俩种方式，第一种是构造一个Thread，第二种是实现Runnable接口，这种说法是错误的，最起码是不严谨的，在JDK中，代表线程的就只有Thread这个类，我们在前面分析过，线程的执行单元就是run方法，你可以通过继承Thread然后重写run方法实现自己的业务逻辑，也可以实现Runnable接口实现自己的业务逻辑，代码如下：

@override
public void run(){
   if(target!=null){
   target.run(); 
   }    
}

上面的代码段是Thread run方法的源码，我们从中可以去理解，创建线程只有一种方式，那就是构造Thread类，而实现线程的执行单元则有俩种方式，第一种是重写Thread的run方法，第二种是实现Runnable接口的run方法，并将Runnable实例用作构造Thread的参数。

策略模式

其实无论是Runnable的run方法还是，Thread本身的run方法都说想将线程的控制本身和业务逻辑的运行分离开，达到职责分明，功能单一的原则，这一点与GoF设计模式中的策略设计模式很相近。

以JDBC来举例子：

package concurrent.chapter01;

import java.sql.ResultSet;

public interface RowHandler <T>{
    T handle(ResultSet set);
}

rowhandler接口只负责对从数据库中查询出来的结果集进行操作，至于最终返回成什么样的数据结构，需要自己去实现，类似于Runnable接口。

package concurrent.chapter01;

import java.sql.Connection;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;

public class RecordQuery {
    private final Connection connection;
    
    public RecordQuery(Connection connection) {
        this.connection = connection;
    }
    public<T> T query(RowHandler<T> handler,String sql,Object... params) throws SQLException{
        try(PreparedStatement stmt = connection.prepareStatement(sql)){
            int index = 1;
            for(Object param:params) {
                stmt.setObject(index++,param);
            }
            ResultSet resultSet = stmt.executeQuery();
            return handler.handle(resultSet);
        }
    }
}

上面的代码的好处就是可以用Query方法应对任何数据库的查询，返回结果的不同只会因为你传入RowHandler的不同而不同，同样RecodeQuery只负责数据的获取，而RowHanlder则只负责数据的加工，职责分明，每个类均功能单一。

重写Thread类的run方法和实现Runnable接口的run方法是不能共享的，也就是说A线程不能把B线程的run方法当作自己的执行单元，而使用Runnable接口则很容易就能实现这一点即使用同一个Runnable的实例构造不同的实例。

如果不明白的话，看下面的代码。

package concurrent.chapter01;

public class TicketWindowRunnable implements Runnable{
    private int index = -1;
    private final static int MAX = 50;
    @Override
    public void run() {
        while(index<=MAX) {
            System.out.println(Thread.currentThread()+" 的号码是："+(index++));
            try {
                Thread.sleep(100);
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        final TicketWindowRunnable task = new TicketWindowRunnable();
        Thread WindowThread1 = new Thread(task,"一号窗口");
        Thread WindowThread2 = new Thread(task,"二号窗口");
        Thread WindowThread3 = new Thread(task,"三号窗口");
        Thread WindowThread4 = new Thread(task,"四号窗口");
        WindowThread1.start();
        WindowThread2.start();
        WindowThread3.start();
        WindowThread4.start();
    }
}

运行结果如下：

 惊不惊喜？

上面并没有对index进行static进行修饰，但是和上面被static修饰的是一个效果。原因是我们每次操作的都是同一个对象即task。