@xtccc 2018-05-20T10:54:09.000000Z 字数 8927 阅读 2725

Thread

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Java

Thread
1. 关于Thread
2. 创建线程
3. 怎样终止daemon threads
4. 处理thread抛出的异常
5. 线程池
- 5.1 创建线程池
- 5.2 处理线程池中的异常
6. Interrupt
7. volatile 关键字

1. 关于Thread

JVM允许一个Java app有若干个并发执行的线程。一个线程可以通过方法Thread#setDaemon(true)被标记为daemon。

每个thread都有优先级，优先级越高的线程，越优先执行。当一个线程t1创建了新的新的线程t2时，t2有着与t1相同的优先级。并且，当且仅当t1是daemon thread时，t2才是daemon thread。

当JVM启动时，通常会有一个non-daemon thread（它会调用某个指定class的main方法）。JVM会一直运行直到以下事件发生：

Runtime#exit方法被调用，并且security manager允许退出
所有的non-daemon threads都结束了（从run方法返回，或者抛出一个越过run方法的异常）
所有正在运行的threads都是daemon-threads，不存在正在运行的user threads

2. 创建线程

创建新的线程有两种方法：

方法1：创建一个java.io.Thread的subclass，在其中实现run方法，然后调用该subclass的start方法

下面先创建一个名为ThreadClzA的类：

public class ThreadClzA  extends Thread {
    private String title;
    public ThreadClzA(String s) {
        title = s;
        System.out.println("创建ThreadClzA线程: title = " + title);
    }
    @Override
    public void run(){
        System.out.println("ThreadClzA线程 - " + title + " 进入`run`");
        Random rand = new Random(System.currentTimeMillis());
        for (int i=0; i < 5; i++) {
            int seconds = rand.nextInt(10);
            System.out.println("ThreadClzA线程 - " + title + "，第 " + i + " 次循环，" +
                    "我将沉睡 " + seconds + "秒 ... ");
            try {
                sleep(seconds*1000);
            } catch (InterruptedException ex) {
                System.out.println("ThreadClzA线程 " + title + " 发生异常");
            }
        }
        System.out.println("ThreadClzA线程 - " + title + " 退出`run`");
    }
}

然后，调用这个类实例的start方法

System.out.println("进入main");
ThreadClzA t = new ThreadClzA("堂吉诃德");
t.start();
System.out.println("离开main");

运行输出为：
QQ20160105-16@2x.png-94.8kB

可见：

调用ThreadClzA#start方法后，ThreadClzA#run方法会立即运行；与此同时，创建该线程的non-daemon线程（即ThreadExamples#main方法所属的线程）不会阻塞，这两个线程并发地运行
当non-daemon线程运行完毕后（主线程，即ThreadExamples#main方法退出），如果被创建的daemon线程还未运行完（ThreadClzA#run方法还在运行），则JVM的主进程不会退出，而是会等待所有的non-daemon线程都运行完了才会退出。

方法2：创建一个class，令其implements java.lang.Runnable，并实现其中的run方法，然后将该class的一个实例作为参数构造一个Thread实例，并调用Thread#start方法。

public class ThreadClzB implements Runnable {
    private String title;
    public ThreadClzB(String s) {
        title = s;
        System.out.println("创建ThreadClzB线程: title = " + title);
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("ThreadClzB线程 - " + title + " 进入`run`");
        Random rand = new Random(System.currentTimeMillis());
        for (int i=0; i < 5; i++) {
            int seconds = rand.nextInt(10);
            System.out.println("ThreadClzB线程 - " + title + "，第 " + i + " 次循环，" +
                    "我将沉睡 " + seconds + "秒 ... ");
            try {
                Thread.sleep(seconds*1000);
            } catch (InterruptedException ex) {
                System.out.println("ThreadClzB线程 " + title + " 发生异常");
            }
        }
        System.out.println("ThreadClzB线程 - " + title + " 退出`run`");
    }
}

启动这个线程时，用如下方法：

ThreadClzB t = new ThreadClzB("奥赛罗");
new Thread(t).start();

方法1与方法2的结构是非常相似的，daemon threads的行为也是相同的。实际上，应优先使用方法2，因为实现一个接口，比扩展一个基类的目的更加明确，也更加明了。

java.lang.Thread也是基于 java.lang.Runnable的：

public class Thread implements Runnable {
}

3. 怎样终止daemon threads

3.1 调用System#exit

如果non-daemon线程调用了System.exit或者Runtime#getRuntime#exit，则它创建的所有daemon线程会立即终止：

// 这是main方法
System.out.println("进入main");
ThreadClzA t = new ThreadClzA("堂吉诃德");
t.start();
System.out.println("离开main");
System.exit();

运行结果如下:
QQ20160105-17@2x.png-38.7kB

3.2 所有user threads（non-daemon threads）都运行完毕

通过方法Thread#setDaemon，可以将一个thread设置为user thread或者daemon thread，user thread又称为non-daemon thread。

如果所有的user threads，都运行完毕了，那么JVM就会退出，即使仍然存在daemon threads在运行。

如果daemon threads抛出了异常，也可以在运行的界面上看到输出的异常信息。

System.out.println("进入main");
ThreadClzA t = new ThreadClzA("堂吉诃德");
t.setDaemon(true);
t.start();
Thread.sleep(15000);
System.out.println("离开main");

运行结果：
QQ20160106-10@2x.png-45.1kB

3.3 抛出异常

3.3.1. 如果被创建的daemon thread抛出了异常

如果被创建的daemon thread抛出了异常，则它会立即结束，但是不会影响到创建它的主线程，主线程依然会正常运行到结束。

public class ThreadClzA  extends Thread {
    private String title;
    public ThreadClzA(String s) {
        title = s;
        System.out.println("创建ThreadClzA线程: title = " + title);
    }
    @Override
    public void run(){
        System.out.println("ThreadClzA线程 - " + title + " 进入`run`");
        Random rand = new Random(System.currentTimeMillis());
        for (int i=0; i < 5; i++) {
            /** 制造异常 */
            if (3 ==i)
                System.out.println(101/0);
            int seconds = rand.nextInt(10);
            System.out.println("ThreadClzA线程 - " + title + "，第 " + i + " 次循环，" +
                    "我将沉睡 " + seconds + "秒 ... ");
            try {
                sleep(seconds*1000);
            } catch (InterruptedException ex) {
                System.out.println("ThreadClzA线程 " + title + " 发生异常");
            }
        }
        System.out.println("ThreadClzA线程 - " + title + " 退出`run`");
    }
}

// main方法
System.out.println("进入main");
ThreadClzA t = new ThreadClzA("哈姆雷特");
t.start();
/** 等待40秒 */
for (int i=0; i < 5; i++) {
    System.out.println("主线程 - 正在等待我创建的daemon thread, i = " + i);
}
System.out.println("离开main");

运行结果为
QQ20160105-21@2x.png-133.1kB

3.3.2. 如果创建daemon threads的主线程抛出了异常

如果创建daemon threads的主线程抛出了异常，那么主线程会立即结束，但是被主线程创建的daemon thread仍然会正常运行到结束。

public class ThreadClzA  extends Thread {
    private String title;
    public ThreadClzA(String s) {
        title = s;
        System.out.println("创建ThreadClzA线程: title = " + title);
    }
    @Override
    public void run(){
        System.out.println("ThreadClzA线程 - " + title + " 进入`run`");
        Random rand = new Random(System.currentTimeMillis());
        for (int i=0; i < 5; i++) {
            int seconds = rand.nextInt(10);
            System.out.println("ThreadClzA线程 - " + title + "，第 " + i + " 次循环，" +
                    "我将沉睡 " + seconds + "秒 ... ");
            try {
                sleep(seconds*1000);
            } catch (InterruptedException ex) {
                System.out.println("ThreadClzA线程 " + title + " 发生异常");
            }
        }
        System.out.println("ThreadClzA线程 - " + title + " 退出`run`");
    }
}

// main方法
System.out.println("进入main");
ThreadClzA t = new ThreadClzA("堂吉诃德");
t.start();
// 主线程抛出异常
System.out.println(101/0);
System.out.println("离开main");

运行结果为
QQ20160105-24@2x.png-120.6kB

3.3.3. 主线程创建了线程t1，t1又创建了线程t2，t2抛出了异常

主线程创建了线程t1，t1又创建了线程t2，t2抛出了异常，t2会终止运行，但是t1和主线程的运行不受影响。

4. 处理thread抛出的异常

当新建线程抛出异常且该异常未被捕获时，我们可以为该线程提供一个方法，它可以被uncaught exception触发。设置的方式是 Thread#setUncaughtExceptionHandler，如下：

public class ThreadClzE extends Thread {
  private String title;
  public ThreadClzE(String s) {
    title = s;
    System.out.println("创建ThreadClzE线程: title = " + title);
  }
  @Override
  public void run() {
    System.out.println("ThreadClzE线程 - " + title + " 进入`run`");
    Random rand = new Random(System.currentTimeMillis());
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
      /** 制造一个 divide by zero 异常 */
      if (3 == i) {
        int x = 102;
        int y = 0;
        System.out.println(x / y);
      }
      int seconds = rand.nextInt(5);
      System.out.println("ThreadClzE线程 - " + title + "，第 " + i + " 次循环，" +
          "我将沉睡 " + seconds + "秒 ... ");
      try {
        Thread.sleep(seconds * 1000);
      } catch (InterruptedException ex) {
        System.out.println("ThreadClzE线程 " + title + " sleep发生异常");
      }
    }
    System.out.println("ThreadClzE线程 - " + title + " 退出`run`");
  }
}

System.out.println("进入main");
ThreadClzE t = new ThreadClzE("夏洛克");
/** 提供一个异常处理函数，当被创建的线程抛出未被捕获的异常时，
 *  该方法将被调用一次，然后线程退出
 * */
t.setUncaughtExceptionHandler(
        new Thread.UncaughtExceptionHandler() {
            @Override
            public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
                System.out.println("这是我们自定义的异常处理函数");
            }
        }
);
t.start();
System.out.println("即将退出main");

运行结果为：
QQ20160106-14@2x.png-79.5kB

5. 线程池

5.1 创建线程池

通过ExecutorService可以创建并使用线程池。

public class BasicUsage {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    TestExecute();
  }
  /**
   *
   * */
  public static void TestExecute() throws InterruptedException {
    /**
     * 创建一个大小固定的线程池（容纳3个active thread）
     * 加入5个线程，其中3个线程会立即调度运行，剩下的2个线程
     * 将等待，直到线程池中由空余的slot可以让它们运行
     * */
    ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
    for (int i=1; i<= 5; i++) {
      Runnable worker = new Worker("worker" + i);
      executor.execute(worker); // 也可以是executor.submit(worker);
    }
    /**
     * 调用`shutdown()`，会等待所有的线程运行完毕，而不会立即结束正在运行的线程
     * 如果希望让executor中所有正在运行的线程立即结束，应该调用`shutdownNow()`
     * 在调用`shutdown()`之后，不能再向executor中加入新的线程了，否则会报异常
     * */
    executor.shutdown();
    /**
     * 如果不调用`shutdown()`，那么即使所有的线程都运行完毕了，
     * `isTerminated()`也仍然会返回false
     * */
    while (!executor.isTerminated()) {
      Thread.sleep(3*1000);
      System.out.println("***** 等待所有的线程结束 *****");
    }
    System.out.println("\nAll threads stopped .");
  }
  /**
   * 线程实例
   * */
  public static class Worker implements Runnable {
    public String title;
    public Worker(String title) {
      this.title = title;
    }
    @Override
    public void run() {
      System.out.println(title + " 开始运行 ");
      long seconds = new Random(System.currentTimeMillis()).nextInt(4)*1000;
      try {
        Thread.sleep(seconds);
        System.out.println(title + "     运行结束 ");
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }
}

运行结果为：
QQ20160107-3@2x.png-73.3kB

5.2 处理线程池中的异常

如果某个线程出现了异常未被捕获，这个线程会立即终止，但不影响线程池中其他线程的运行。

public class HandleExceptions {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    TestThreadExceptions();
  }
  public static void TestThreadExceptions() throws InterruptedException {
    ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
    executor.execute(new Bean("beanA"));
    executor.execute(new Bean("beanB"));
    executor.execute(new Bean("beanC"));
    executor.execute(new Bean("beanD"));
    executor.shutdown();
    while (!executor.isTerminated()) {
      Thread.sleep(2*1000);
      System.out.println("***** 等待所有的线程结束 *****");
    }
    System.out.println("\nAll threads stopped .");
  }
  public static class Bean implements Runnable {
    public String title;
    public Bean(String title) {
      this.title = title;
    }
    @Override
    public void run() {
      System.out.println(title + " 开始运行 ");
      long seconds = new Random(System.currentTimeMillis()).nextInt(8)*1000;
      try {
        Thread.sleep(seconds);
        /** 只让一个线程抛出异常，其他线程正常运行
         * */
        if (title.equals("beanA"))
          System.out.println(100/0);
        System.out.println(title + "     运行结束 ");
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }
}

运行结果为：
QQ20160107-4@2x.png-120.9kB

6. Interrupt

Java线程的终止——interrupt
没有完美的方案，我目前的实现是在关键点抛出异常。

7. volatile 关键字

参考 Java Volatile Keyword

volatile关键字，简而言之有以下几个作用：

解决多线程并发时的 Variable Visibility Problem

当一个线程修改了一个volatile variable后（实际上是在CPU cache中修改的），该变量的最新值会被立即写回到main memory，这样它的最新值对其他线程是可见的。
提供Full volatile Visibility Guarantee

If Thread A writes to a volatile variable and Thread B subsequently reads the same volatile variable, then all variables visible to Thread A before writing the volatile variable, will also be visible to Thread B after it has read the volatile variable.

If Thread A reads a volatile variable, then all variables visible to Thread A when reading the volatile variable will also be re-read from main memory.
实现 Happens-Before Guarantee

这与JVM和CPU的自动优化语句执行顺序有关