Java 多线程介绍

运行环境与工具

操作系统可以在同一时刻运行多个程序。例如一边播放音乐,一边下载文件和浏览网页。操作系统将 cpu 的时间片分配给每一个进程,给人一种并行处理的感觉。

一个多线程程序可以同时执行多个任务。通常,每一个任务称为一个线程(thread),它是线程控制的简称。可以同时运行一个以上线程的程序成为多线程程序(multithreaded)。

多进程多线程有哪些区别呢?

本质区别在于进程每个进程有自己的一整套变量,而线程则共享数据。
线程比进程更轻量级,创建、销毁一个线程比启动新进程的开销要小。

实际应用中,多线程非常有用。例如应用一边处理用户的输入指令,一遍联网获取数据。

本文我们介绍 Java 中的 Thread 类。

Thread

Thread 类属于 java.lang 包。

要创建一个线程很简单,新建一个 Thread 对象,并传入一个 Runnable,实现 run() 方法。
调用 start() 方法启动线程。

Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("rustfisher said: hello");
    }
});
t1.start();

Java lambda

Thread t1 = new Thread(() -> System.out.println("rustfisher said: hello"));
t1.start();

不要直接调用 run()方法
直接调用 run() 方法不会启动新的线程,而是直接在当前线程执行任务。

我们来看一个使用了 Thread.sleep() 方法的例子。

Thread t1 = new Thread(() -> {
    for (String a : "rustfisher said: hello".split("")) {
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.print(a);
    }
});
t1.start();

sleep(int) 方法会让线程睡眠一个指定的时间(单位毫秒)。并且需要 try-catch 捕获 InterruptedException 异常。

中断线程

run() 方法执行完最后一条语句后,或者 return,或者出现了未捕获的异常,线程将会终止。

使用 Thread 的 interrupt 方法也可以终止线程。调用 interrupt 方法时,会修改线程的中断状态为 true
isInterrupted() 可以查看线程的中断状态。

但如果线程被阻塞了,就没法检测中断状态。当在一个被阻塞的线程(sleep 或者 wait)上调用 interrupt 方法,阻塞调用将会被 InterruptedException 中断。

被中断的线程可以决定如何响应中断。可以简单地将中断作为一个终止请求。比如我们主动捕获 InterruptedException

Thread t2 = new Thread(() -> {
    for (String a : "rustfisher said: hello".split("")) {
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("被中断 退出线程");
            return;
        }
        System.out.print(a);
    }
});
t2.start();

new Thread(() -> {
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    t2.interrupt();
}).start();

上面这个小例子展示了用 interrupt() 来中断线程 t2。而线程 t2run() 方法中捕获 InterruptedException 后,可以进行自己的处理。

线程的状态

线程有 6 种状态,用枚举类 State 来表示:

getState() 方法可以获取到线程的状态。

新创建线程

new 一个线程的时候,线程还没开始运行,此时是 NEW(新创建)状态。在线程可以运行前,还有一些工作要做。

可运行线程

一旦调用 start() 方法,线程处于 RUNNABLE(可运行)状态。调用 start() 后并不保证线程会立刻运行,而是要看操作系统的安排。

一个线程开始运行后,它不一定时刻处于运行状态。操作系统可以让其他线程获得运行机会。一个可运行的线程可能正在运行也可能没在运行。

被阻塞和等待

线程处于被阻塞和等待状态时,它暂时不活动。不运行代码,且只消耗最少的资源。直到线程调度器重新激活它。

threadstate.png

上面这个图展示了状态之间的切换。

被终止

终止的原因:

线程属性

线程优先级,守护线程,线程组以及处理未捕获异常的处理器。

线程优先级

Java 中每个线程都有一个优先级。默认情况下,线程继承它的父线程的优先级。
可用 setPriority(int) 方法设置优先级。优先级最大为 MAX_PRIORITY = 10,最小为 MIN_PRIORITY = 1,普通的是 NORM_PRIORITY = 5
线程调度器有机会选新线程是,会优先选高优先级的线程。

守护线程

调用 setDaemon(true) 可以切换为守护线程(daemon thread)。守护线程的用途是为其他线程提供服务。例如计时线程。
当只剩下守护线程是,虚拟机就退出了。

守护线程不应该去访问固有资源,如文件和数据库。

未捕获异常处理器

run() 方法里抛出一个未捕获异常,在线程死亡前,异常被传递到一个用于未捕获异常的处理器。
要使用这个处理器,需要实现接口 Thread.UncaughtExceptionHandler,并且用 setUncaughtExceptionHandler(Thread.UncaughtExceptionHandler) 方法把它交给线程。

Thread t3 = new Thread(() -> {
    try {
        Thread.sleep(5);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
        return;
    }
    int x = 0, y = 3;
    int z = y / x; // 故意弄一个异常
});
t3.setUncaughtExceptionHandler(new Thread.UncaughtExceptionHandler() {
    @Override
    public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
        System.out.println(t + "有未捕获异常");
        e.printStackTrace();
    }
});
t3.start();

运行后,run() 方法里抛出 ArithmeticException 异常

Thread[Thread-0,5,main]有未捕获异常
java.lang.ArithmeticException: / by zero
	at Main.lambda$main$0(Main.java:15)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

也可以用静态方法 Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler(Thread.UncaughtExceptionHandler) 给所有的线程安装一个默认处理器。可以在这个默认处理器里做一些工作,例如记录日志。

ThreadGroup 代表着一组线程。也可以包含另外的线程组。

ThreadGroup 类实现了 UncaughtExceptionHandler 接口。它的 uncaughtException(Thread t, Throwable e) 方法会有如下操作

参考书籍: Core Java, Volume II - Advanced Features 7th Edition

建议参考: Concurrent Programming in Java

  • Java

    Java 是一种可以撰写跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言,是由 Sun Microsystems 公司于 1995 年 5 月推出的。Java 技术具有卓越的通用性、高效性、平台移植性和安全性。

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