Java並發之線程的使用以及基本概念

執行緒定義

       執行緒，有時稱為輕量級進程(Lightweight Process，LWP），是程式執行流程的最小單元。 一個標準的執行緒由執行緒ID，目前指令指標(PC），暫存器集合和堆疊組成。 如果沒有明確的協同機制，則執行緒將彼此獨立執行。每一個程式都至少有一個線程，若程式只有一個線程，那就是程式本身。

       線程是進程中的一個實體，是被系統獨立調度和分派的基本單位，線程自己不擁有系統資源，只擁有一點兒在運作中必不可少的資源，但它可與同屬一個進程的其它線程共享進程所擁有的全部資源（共享進程的內存地址空間），因此這些線程都能訪問相同的變量並在同一個堆上分配對象，這就需要實現一種比在進程間共享資料粒度更細的資料共享機制。如果沒有這種同步機制，在多執行緒的情況下會出現無法預料的後果。

       一個執行緒可以建立並撤銷另一個執行緒，同一行程中的多個執行緒之間可以並發執行。由於執行緒之間的相互制約，致使執行緒在運行中呈現出間斷性。線程也有就緒、阻斷和運行三種基本狀態。就緒狀態是指執行緒具備運作的所有條件，邏輯上可以運行，在等待處理機；運作狀態是指執行緒佔有處理機正在運作；阻塞狀態是指執行緒在等待一個事件（如某個訊號量），邏輯上不可執行。

       執行緒是程式中單一的順序控制流程。進程內一個相對獨立的、可調度的執行單元，是系統獨立調度和分派CPU的基本單位指運作中的程式的調度單位。在單一程式中同時執行多個執行緒完成不同的工作，稱為多執行緒。

java中的執行緒

       一個Java程式的入口是main方法，透過呼叫main方法開始執行，然後依照程式碼邏輯執行，看似沒有其他執行緒參與，其實java程式天生就是多執行緒程序，執行一個main方法其實就是一個名為mian的執行緒和其他執行緒分別執行，參考程式碼如下：

程式碼（參考java並發程式設計藝術）

package com.sunld;import java.lang.management.ManagementFactory;import java.lang.management.ThreadInfo;
import java.lang.management.ThreadMXBean;/**
 * @Title: TestMainThread.java
 * @Package com.sunld
 * <p>Description:</p>
 * @author sunld
 * @version V1.0.0 
 * <p>CreateDate:2017年9月28日 下午3:54:19</p>
*/public class TestMainThread {

    public static void main(String[] args) {        // 获取Java线程管理MXBean
        ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();        // 不需要获取同步的monitor和synchronizer信息，仅获取线程和线程堆栈信息
        ThreadInfo[] threadInfos = threadMXBean.dumpAllThreads(false, false);        // 遍历线程信息，仅打印线程ID和线程名称信息
        for (ThreadInfo threadInfo : threadInfos) {
            System.out.println("[" + threadInfo.getThreadId() + "] " + 
                    threadInfo.getThreadName());
        }
    }
}

回傳結果

[5] Attach Listener//附加监听
[4] Signal Dispatcher//分发处理发送给JVM信号的线程
[3] Finalizer//调用对象finalize方法的线程
[2] Reference Handler清除Reference的线程
[1] mainmain线程，用户程序入口

執行緒狀態

原始碼定義

    /**
     * A thread state.  A thread can be in one of the following states:
     * <ul>
     * <li>{@link #NEW}<br>
     *     A thread that has not yet started is in this state.
     *     </li>
     * <li>{@link #RUNNABLE}<br>
     *     A thread executing in the Java virtual machine is in this state.
     *     </li>
     * <li>{@link #BLOCKED}<br>
     *     A thread that is blocked waiting for a monitor lock
     *     is in this state.
     *     </li>
     * <li>{@link #WAITING}<br>
     *     A thread that is waiting indefinitely for another thread to
     *     perform a particular action is in this state.
     *     </li>
     * <li>{@link #TIMED_WAITING}<br>
     *     A thread that is waiting for another thread to perform an action
     *     for up to a specified waiting time is in this state.
     *     </li>
     * <li>{@link #TERMINATED}<br>
     *     A thread that has exited is in this state.
     *     </li>
     * </ul>
     *
     * <p>
     * A thread can be in only one state at a given point in time.
     * These states are virtual machine states which do not reflect
     * any operating system thread states.
     *
     * @since   1.5
     * @see #getState
     */
    public enum State {
        /**
         * Thread state for a thread which has not yet started.
         */
        NEW,

        /**
         * Thread state for a runnable thread.  A thread in the runnable
         * state is executing in the Java virtual machine but it may
         * be waiting for other resources from the operating system
         * such as processor.
         */
        RUNNABLE,

        /**
         * Thread state for a thread blocked waiting for a monitor lock.
         * A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock
         * to enter a synchronized block/method or
         * reenter a synchronized block/method after calling
         * {@link Object#wait() Object.wait}.
         */
        BLOCKED,

        /**
         * Thread state for a waiting thread.
         * A thread is in the waiting state due to calling one of the
         * following methods:
         * <ul>
         *   <li>{@link Object#wait() Object.wait} with no timeout</li>
         *   <li>{@link #join() Thread.join} with no timeout</li>
         *   <li>{@link LockSupport#park() LockSupport.park}</li>
         * </ul>
         *
         * <p>A thread in the waiting state is waiting for another thread to
         * perform a particular action.
         *
         * For example, a thread that has called <tt>Object.wait()</tt>
         * on an object is waiting for another thread to call
         * <tt>Object.notify()</tt> or <tt>Object.notifyAll()</tt> on
         * that object. A thread that has called <tt>Thread.join()</tt>
         * is waiting for a specified thread to terminate.
         */
        WAITING,

        /**
         * Thread state for a waiting thread with a specified waiting time.
         * A thread is in the timed waiting state due to calling one of
         * the following methods with a specified positive waiting time:
         * <ul>
         *   <li>{@link #sleep Thread.sleep}</li>
         *   <li>{@link Object#wait(long) Object.wait} with timeout</li>
         *   <li>{@link #join(long) Thread.join} with timeout</li>
         *   <li>{@link LockSupport#parkNanos LockSupport.parkNanos}</li>
         *   <li>{@link LockSupport#parkUntil LockSupport.parkUntil}</li>
         * </ul>
         */
        TIMED_WAITING,

        /**
         * Thread state for a terminated thread.
         * The thread has completed execution.
         */
        TERMINATED;
    }

狀態轉換圖

##狀態說明

Java多執行緒的就緒、運行與死亡狀態

就緒狀態轉換為運作狀態：當此執行緒得到處理器資源;

運行狀態轉換為就緒狀態：當此執行緒主動呼叫yield()方法或在執行過程中失去處理器資源。
運行狀態轉換為死亡狀態：當此執行緒執行體執行完畢或發生了異常。
此處需要特別注意的是：當呼叫執行緒的yield()方法時，執行緒從運行狀態轉換為就緒狀態，但接下來CPU調度就緒狀態中的哪個執行緒具有一定的隨機性，因此，可能會出現A執行緒呼叫了yield()方法後，接下來CPU仍然調度了A執行緒的狀況。

由於實際的業務需要，常常會遇到需要在特定時機終止某一執行緒的運行，使其進入到死亡狀態。目前最通用的做法是設定一boolean型的變量，當條件滿足時，讓執行緒執行體快速執行完畢（

不在執行run方法）在後續的文章中會介紹如何安全的終止一個線程。 。

狀態分析–jvisualvm

程式碼-參考（java並發程式設計藝術）

package com.sunld;

import java.util.concurrent.TimeUnit;/**
 * @Title: TestThreadState.java
 * @Package com.sunld
 * <p>Description:</p>
 * @author sunld
 * @version V1.0.0 
 * <p>CreateDate:2017年9月28日 下午5:14:27</p>
*/public class TestThreadState {
    public static void main(String[] args) {        
    new Thread(new TimeWaiting (), "TimeWaitingThread").start();        
    new Thread(new Waiting(), "WaitingThread").start();        // 使用两个Blocked线程，一个获取锁成功，另一个被阻塞
        new Thread(new Blocked(), "BlockedThread-1").start();        
        new Thread(new Blocked(), "BlockedThread-2").start();
    }    //该线程不断地进行睡眠
    static class TimeWaiting implements Runnable{
        @Override        
        public void run() {
            SleepUtils.second(100);
        }
    }    //该线程在Waiting.class实例上等待
    static class Waiting implements Runnable{

        @Override        
        public void run() {            
        while (true) {
                synchronized (Waiting.class) {                    
                try {
                        Waiting.class.wait();
                    }catch(InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }

    }    //该线程在Blocked.class实例上加锁后，不会释放该锁
    static class Blocked implements Runnable {

        @Override        public void run() {
            synchronized (Blocked.class) {                
            while (true) {
                    SleepUtils.second(100);
                }
            }
        }
    }
}class SleepUtils{
    public static final void second(long seconds) {        
    try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(seconds);
        }catch(InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

dump結果

2017-09-28 17:26:47Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.112-b15 mixed mode):

//BlockedThread-2线程获取到了Blocked.class的锁"BlockedThread-2" #13 prio=5 os_prio=0 tid=0x000000001f268000 nid=0x3754 waiting on condition [0x000000002009f000]
   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)

//BlockedThread-1线程阻塞在获取Blocked.class示例的锁上"BlockedThread-1" #12 prio=5 os_prio=0 tid=0x000000001f266800 nid=0x89c waiting for monitor entry [0x000000001ff9f000]
   java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)

//WaitingThread线程在Waiting实例上等待"WaitingThread" #11 prio=5 os_prio=0 tid=0x000000001f260800 nid=0x4d08 in Object.wait() [0x000000001fe9f000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)

//TimeWaitingThread线程处于超时等待"TimeWaitingThread" #10 prio=5 os_prio=0 tid=0x000000001f25f000 nid=0x42ac waiting on condition [0x000000001fd9e000]
   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)

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