java多线程功力

一、线程状态

 

线程的状态转换是线程控制的基础。线程状态总的可分为五大状态：分别是生、死、可运行、运行、等待/阻塞。用一个图来描述如下：

 

1、新状态：线程对象已经创建，还没有在其上调用start()方法，不能被线程调度程序调度。

 

2、可运行状态：线程有资格运行，但调度程序还没有把它选定为运行线程时线程所处的状态。当start()方法调用时，线程首先进入可运行状态。这种状态下其随时可能被线程调度程序调度，获取CPU执行时间而执行，同时可能有多个线程处于准备状态，等待被调度执行。线程一旦进入准备状态就再也不可能回到新建状态。

 

3、运行状态：线程调度程序从可运行池中选择一个线程作为当前线程时线程所处的状态。这也是线程进入运行状态的唯一一种方式。
一旦处于准备状态的线程获取了CPU时间，就进入运行状态，在运行状态下，线程随时可能被调度程序调度到准备状态，线程在执行时，由于需要等待某些必要条件可能会进入等待阻塞状态。

同时又几个线程能处于运行状态取决于硬件，如果是双核（每核心一线程）CPU，同一时刻可能有两个线程处于运行状态。

 

4、等待/阻塞/睡眠状态：这是线程有资格运行时它所处的状态。实际上这个三状态组合为一种，其共同点是：线程仍旧是活的，但是当前没有条件运行。换句话说，它是可运行的，但是如果某件事件出现，他可能返回到可运行状态。

 

5、死亡态：当线程的run()方法完成时或由于发生异常而终止执行时，就认为它死去。线程一旦死亡，就不能复生。进入死亡的线程可以被当做普通对象来使用，可以调用其方法或变量，但是不能再次启动， 如果在一个死去的线程上调用start()方法，会抛出java.lang.IllegalThreadStateException异常。

 

 

 

二、线程调度
java自动调度没有逻辑约束的线程时，其执行顺序是没有保障的，但是可以通过编程调用一些调度线程的方法，来实现一定程度上对线程的调度。 
有些调度方法是有保障的，有些只是影响线程进入运行状态的概率。

对于线程的阻止，考虑一下三个方面，不考虑IO阻塞的情况：

睡眠；

等待；

 

1、睡眠

Thread.sleep(long millis)和Thread.sleep(long millis, int nanos)
静态方法强制当前正在执行的线程休眠（暂停执行），以“减慢线程”。当线程睡眠时，它入睡在某个地方，在苏醒之前不会返回到可运行状态。当睡眠时间到期，则返回到准备状态。
 
这两个方法不是与某个线程对象相关联的，其可以出现在任何位置，当执行到该方法时，让执行此方法的线程进入睡眠状态。

注意线程醒来将进入准备状态，并不能保证立即执行，因此指定的时间是线程暂停执行的最小时间。

 

线程睡眠的原因：线程执行太快，或者需要强制进入下一轮，因为Java规范不保证合理的轮换。

 

睡眠的实现：调用静态方法。

        try {
            Thread.sleep(123);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();  
        }

  

注意：

1、线程睡眠是帮助所有线程获得运行机会的最好方法。

2、线程睡眠到期自动苏醒，并返回到可运行状态，不是运行状态。sleep()中指定的时间是线程不会运行的最短时间。因此，sleep()方法不能保证该线程睡眠到期后就开始执行。

3、sleep()是静态方法，只能控制当前正在运行的线程。
 

 
  //定义实现Runnable接口的类
   class MyRunnable1 implements Runnable
    {
       //重写run方法，指定该线程执行的代码
       public void run()
       {
           for(int i=0;i<5;i++)
            {
               System.out.println("["+i+"] 我是线程1！！！");
                //使此线程进入睡眠状态
              try
                {
                   Thread.sleep(100);
               }
               catch(InterruptedException ie)
               {
                   ie.printStackTrace();
              }            
           }
       }
    }
    //定义另外一个实现Runnable接口的类
   class MyRunnable2 implements Runnable
    {
        //重写run方法，指定该线程执行的代码
       public void run()
        {
           for(int i=0;i<5;i++)
            {
               System.out.println("<"+i+"> 我是线程2！！！");
               //使此线程进入睡眠状态
                try
               {
                   Thread.sleep(100);
               }
               catch(InterruptedException ie)
                {
                    ie.printStackTrace();
               }            
            }
        }
    }
    public class Sample16_3
   {
      public static void main(String[] args)
       {
          //创建实现Runnable接口的类
            MyRunnable1 mr1=new MyRunnable1();
            MyRunnable2 mr2=new MyRunnable2();
           //创建线程Thread对象，并指定各自的target
            Thread t1=new Thread(mr1);
           Thread t2=new Thread(mr2);
           //启动线程t1
          t1.start();
           //使主线程进入睡眠状态
           try
           {
               Thread.sleep(5);
           }
            catch(InterruptedException ie)
            {
               ie.printStackTrace();
            }        
            //启动线程t2
           t2.start();
        }
   }

 

2、线程的优先级和线程让步yield()

线程总是存在优先级，优先级范围在1~10之间，值越大优先级越高。
在没有特别指定的情况下，主线程的优先级为5，对于子线程，其初始优先级与其父线程的优先级相同。

JVM线程调度程序是基于优先级的抢先调度机制。在大多数情况下，当前运行的线程优先级将大于或等于线程池中任何线程的优先级。但这仅仅是大多数情况。

 

注意：当设计多线程应用程序的时候，一定不要依赖于线程的优先级。因为线程调度优先级操作是没有保障的，只能把线程优先级作用作为一种提高程序效率的方法，但是要保证程序不依赖这种操作。

 

当线程池中线程都具有相同的优先级，调度程序的JVM实现自由选择它喜欢的线程。这时候调度程序的操作有两种可能：一是选择一个线程运行，直到它阻塞或者运行完成为止。二是时间分片，为池内的每个线程提供均等的运行机会。

 

设置线程的优先级：线程默认的优先级是创建它的执行线程的优先级。可以通过setPriority(int newPriority)更改线程的优先级。例如：

        Thread t = new MyThread();
        t.setPriority(8);
        t.start();

线程优先级为1~10之间的正整数，JVM从不会改变一个线程的优先级。然而，1~10之间的值是没有保证的。一些JVM可能不能识别10个不同的值，而将这些优先级进行每两个或多个合并，变成少于10个的优先级，则两个或多个优先级的线程可能被映射为一个优先级。
java中的线程优先级是依赖于本地平台的，在实际运行时会将线程在java中的优先级映射到本地的某个优先级。这样，如果本地提供的优先级比10个要少，则java中的不同的优先级可能会映射成相同的本地优先级，而具有基本相同的执行概率。 

 
class MyThread1 extends Thread
    {
        public void run()
        {
            for(int i=0;i<=49;i++)
            {
                System.out.print("<xiao"+i+"> ");
            }        
    }
    }
    class MyThread2 extends Thread
    {
        public void run()
        {
            for(int i=0;i<=49;i++)
            {
                System.out.print("[大"+i+"] ");
            }    
        }
    }
    public class aa
    {
        public static void main(String[] args)
        {
            MyThread1 t1=new MyThread1();
            MyThread2 t2=new MyThread2();
            t1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
            t2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
            t1.start();
            t2.start();              
        }
    } 

 
这里并不是说高优先级的一直占用CPU，只是说高优先级的争夺的机会大，交替执行还是存在的。

3、线程的让步，暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。

 

线程让步包括两种方式，一：线程只是让出当前CPU的资源，具体让给谁不确定。
二：线程将给指定的线程让步，指定线程没有完成，其绝不恢复执行。

yield()方法
结论：yield()从未导致线程转到等待/睡眠/阻塞状态。在大多数情况下，yield()将导致线程从运行状态转到准备状态，但有可能没有效果。

class MyRunnable implements Runnable
  {
      private String flagl;
        private String flagr;
  public MyRunnable(String flagl,String flagr)
    {
          this.flagl=flagl;
            this.flagr=flagr;
       }    
    public void run()
      {
            for(int i=0;i<30;i++)
        {
              System.out.print(flagl+i+flagr);
               //调用yield方法使当前正在执行的线程让步
              Thread.yield();
          }
        }
    }
   public class Sample16_5
    {
      public static void main(String[] args)
      {
           //创建两个实现Runnable接口的类的对象
           MyRunnable mr1=new MyRunnable("[","] ");
            MyRunnable mr2=new MyRunnable("<","> ");
          //创建两个线程Thread对象，并指定执行的target
           Thread t1=new Thread(mr1);
           Thread t2=new Thread(mr2);
            //启动线程t1、t2
              t1.start();    
            t2.start();    
       }
    }
 这里线程时交替执行的，但是是没有保障的，有时交替有时无法做到。

 
join()方法 
当一个线程必须等待另一个线程执行完毕时，才恢复执行时使用join方法。是有保障的。

Thread的非静态方法join()让一个线程B“加入”到另外一个线程A的尾部。在A执行完毕之前，B不能工作。
class MyThread extends Thread
  {
      public void run()
      {
          for(int i=0;i<30;i++)
          {
              System.out.print("["+i+"] ");
           }
           System.out.print("{子线程执行结束} ");
       }
   }
   public class Sample16_6
   {
      public static void main(String[] args)
        {
         Thread t=new MyThread();
          t.start();    
           for(int i=0;i<30;i++)
           {
               if(i==10)
              {
                    //主线程中调用join方法使主线程进行让步
                   try
                   {
                      System.out.print("{使用了Jion方法} ");
                       t.join();//等待该线程终止。
                   }
                   catch(InterruptedException ie)
                   {
                       ie.printStackTrace();
                    }                
               }
              System.out.print("<"+i+"> ");
           }
        }
   }
 

另外，join()方法还有带超时限制的重载版本。 例如t.join(5000);则让线程等待5000毫秒，如果超过这个时间，则停止等待，变为准备状态。

 

线程加入join()对线程栈导致的结果是线程栈发生了变化，当然这些变化都是瞬时的。下面给示意图：

 

 

 

小结

到目前位置，介绍了线程离开运行状态的3种方法：

1、调用Thread.sleep()：使当前线程睡眠至少多少毫秒（尽管它可能在指定的时间之前被中断）。

2、调用Thread.yield()：不能保障太多事情，尽管通常它会让当前运行线程回到可运行性状态，使得有相同优先级的线程有机会执行。

3、调用join()方法：保证当前线程停止执行，直到该线程所加入的线程完成为止。然而，如果它加入的线程没有存活，则当前线程不需要停止。

 

除了以上三种方式外，还有下面几种特殊情况可能使线程离开运行状态：

1、线程的run()方法完成。

2、在对象上调用wait()方法（不是在线程上调用）。

3、线程不能在对象上获得锁定，它正试图运行该对象的方法代码。

4、线程调度程序可以决定将当前运行状态移动到可运行状态，以便让另一个线程获得运行机会，而不需要任何理由。