Java并发专题（一）认识线程

1.1 认识线程

　　线程是轻量级进程，也是程序执行的一个路径，每一个线程都有自己的局部变量表、程序计数器（指向正在执行的指令指针）以及各自的生命周期，现代操作系统中一般不止一个线程在运行。比如说，当我们启动了一个JVM的时候，操作系统创建一个新的进程（JVM进程），JVM进程中将会创建很多线程。总而言之，线程是一个时间段的描述，是CPU工作时间段的描述。你可以想象成一个生命体，从生到死。

1.2 线程的生命周期

　　上文说过我们可以抽象的理解一个线程是一个CPU工作时间段的生命体，那么他的生命周期是如何的呢？请看图1-1。

　　由图可知，线程的生命周期大致分为以下5个主要阶段

• NEW
• RUNNABLE
• RUNNING
• BLOCKED
• TERMINATED

1.2.1 线程的NEW状态

　　用java关键字new创建一个Thread对象的时候，该线程的状态为NEW状态，准确的说，和你用关键字new创建一个普通的java对象没有什么区别，NEW状态通过start()方法进入RUNNABLE状态。有些软文上说创建一个线程的方式有2种，继承Thread，实现Runnable接口。这种说法是不准确的，也可以说是错误的。在JDK中代表线程的只有Thread这个类，所以准确的说创建线程只有一种方式，那就是构造Thread类。而实现线程要执行的业务逻辑是重写Thread的run()或者实现Runnable接口的run()。最终将Runnable实例用作构造Thread的参数。无论是哪一种，都是想将线程的控制本身和业务逻辑的运行分离开来。

1.2.2 线程的RUNNABLE状态

　　线程对象调用start()方法，才真正的在JVM进程中创建了一个线程，线程运行与否和进程一样听令与CPU调度，所以这里只是成为RUNNABLE状态，具备执行的资格，但是并没有真正的执行起来而是在等待CPU调度。

　　严格来说，RUNNABLE的线程只能意外终止或者进入RUNNING状态。

1.2.3 线程的RUNNING状态

　　一旦CPU通过轮询选中了线程，那么它才真正开始执行自己的逻辑代码，正在RUNNING状态的线程也是RUNNABLE的，但是反之不成立。

　　该状态可能发生如下转换

• 直接进入TERMINATED状态，比如调用stop()方法（JDK已经不推荐使用）
• 进入BLOCKED状态，比如调用了sleep()或者wait()方法。
• 进入某个阻塞的IO操作
• 获取某个锁资源
• CPU调度使该线程放弃执行，进入RUNNABLE状态
• 线程主动调用yield()方法，放弃执行权， 进入RUNNABLE状态

1.2.4 线程的BLOCKED状态

　　该状态可能切换至以下状态

• 直接进入TERMINATED，比如调用stop()方法（JDK已经不推荐使用）
• 线程阻塞操作完成，进入RUNNABLE状态，比如读取到了数据字节
• 线程完成了指定时间的休眠，进入RUNNABLE状态
• wait中的线程被其他线程notify/notifyAll唤醒，进入RUNNABLE状态
• 线程获取到了锁资源，进入RUNNABLE状态
• 线程在阻塞过程中被打断，其他线程调用了interrupt()方法，进入RUNNABLE状态

1.2.5 线程的TERMINATED状态

　　TERMINAED状态是一个最终状态，相当于一个生命体的死亡，不会切换到其他状态了，意味着整个生命周期的结束。下面这些情况将会导致线程进入TERMINATED状态。

• 线程运行正常结束
• 线程运行出错意外结束
• JVM crash，导致这个进程里的所有线程都结束。

1.3 Thread API介绍

1.3.1 sleep()方法介绍

public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;

public static void sleep(long millis, int nanos) throws InterruptedException;

　　sleep()方法会使当前线程进入指定毫秒数的休眠，休眠有一个非常重要的特性，它不会放弃monitor锁的所有权。可以这么记，抱着锁（你）睡觉。

1.3.2 yield()方法介绍

public static native void yield();

　　yield()会提醒调度器我愿意放弃当前的CPU资源，如果CPU的资源不紧张，则会忽略这种提示。

　　调用yield()方法会使当前线程从RUNNING状态切换到RUNNABLE状态。yield()只是一个提示，CPU调度器并不会担保每次都能满足yield提示。

1.3.3 interrupt()方法介绍

　　线程interrupt()方法是一个非常重要的API，有些方法（wait(),sleep(),join(),io操作等方法）的调用会使得当前线程进入阻塞状态，而调用当前线程的interrupt方法，就可以打断阻塞。因此这些方法有时会被称为可中断方法，打断一个线程并不等于该线程的生命周期结束，仅仅是打断了当前线程的阻塞状态。接下来我们看一个例子。

/**
 * 打断阻塞状态测试类
 * 
 * @author GrimMjx
 */
public class InterruptTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            try {
                TimeUnit.MINUTES.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println("I am interrupted.");
            }
        });

        thread1.start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        thread1.interrupt();
    }
}

　　上面的代码先创建出一个线程，休眠1分钟，但是main线程在休眠2秒钟之后调用interrupt()方法打断thread1。

　　interrupt()到底做了什么事情呢？在一个线程内部存在一个名为interrupt flag的标识，如果一个线程被interrupt，那么它的flag会被设置，但是如果当前线程正在执行可中断方法被阻塞时，调用interrupt方法将其中断，反而会导致flag被清除。

1.3.4 join()方法介绍

public final void join() throws InterruptedException;

　　join某个线程A，会使当前线程进入等待状态，直到线程A结束生命周期，或者到达给定的时间，那么在此期间，当前线程都是出于BLOCKED状态的，而不是线程A。接下来我们看一个例子。

/**
 * Join方法测试类
 *
 * @author GrimMjx
 */
public class JoinTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = create("thread1");
        thread.start();

        //执行join方法
        thread.join();

        //主线程开始工作
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is processing");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    }

    private static Thread create(String name) {
        return new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is processing");
        }, name);
    }
}

　　join()会使当前线程永远等待下去，直到期间被另外的线程中断，或者join的线程执行结束。concurrent包里的CountDownLatch和CyclicBarrier都可以实现和join()方法一样的功能，当某些线程达到一个点做一件事情。这个有兴趣的同学可以自己去学习使用。并掌握其中的不同点和共同点。