Java線程池一：線程基礎

  • 2020 年 11 月 29 日
  • 筆記

最近精讀Netty源碼,讀到NioEventLoop部分的時候，發現對Java線程&線程池有些概念還有困惑， 所以深入總結一下

線程創建

Java線程創建主要有三種方式：繼承Thread類、實現Runable接口、實現Callable接口

只有通過調用Thread.start() 方法才會真正創建一個線程， 調用Thread.run() 並不會

當調用線程關心任務執行結果時，我們應選擇實現Callable接口的方式創建線程

  • 繼承方式實現創建線程

    @Test
public void testCreate_1() {
  Thread t = new Thread() {
    @Override
    public void run() {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName());
      throw new RuntimeException();
    }
  };
  t.start();
  t.run();
}

  • 實現Runnable接口的方式創建線程，這種方式調用線程無法感知任務線程執行結果（是否執行、成功或者異常）

    @Test
public void testCreate_2() {
  Thread t = new Thread(() -> System.out.println(Thread.currentThread().getName()));
  t.start();
}

  • 實現Callable接口，調用線程通過FutureTask對象獲取執行結果（返回值或者異常）

    @Test
public void testCreate_3() throws ExecutionException, InterruptedException {
  FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(() -> {
    throw new RuntimeException();
  });
  new Thread(task).start();
  System.out.println(task.get());
}

線程的狀態

我們知道Java線程是使用系統內核線程實現， 所以先來簡單回顧下系統內核線程的狀態

內核線程的狀態

  • Ready狀態：當前線程已經就緒，等待系統調度
  • Running狀態：當Ready狀態的線程分配到時間片後進入該狀態
  • Blocking狀態：運行中的線程因為其他資源未就緒進入該狀態

內核線程的狀態

Java線程的狀態

  • NEW: 實例化一個Thread對象後未調用start方法前都是該狀態
  • RUNNABLE: JVM裏面的可執行狀態，對應內核線程的Ready或者Running狀態。所以該狀態下線程不一定在在運行，有可能在等待調度
  • WAITING： 等待狀態，需要其他線程喚醒後才能重新進入RUNNABLE狀態
  • TIMED_WAITING：超時等待，等待一定的時間或者被其他線程喚醒之後可再進入RUNNABLE狀態
  • BLOCKED：阻塞狀態，特指等待進入synchronized同步塊的狀態（獲取監視器鎖）
  • Termination：終態

只有待獲取監視器鎖時才是阻塞狀態，獲取Java語言實現的鎖（ReentrantLock等)是等待狀態。二者的區別在於監視器鎖的實現依賴內核變量。

Java線程狀態

異常處理

假設一段業務邏輯沒有考慮運行時異常， 而運行時異常又剛好發生了，那麼對應的線程就會直接崩潰。所以多線程環境下為了讓程序更加健壯穩定， 我們需要捕獲異常。

  • 將整個業務邏輯加上異常捕獲（當然代碼就不是很優雅）

    @Test
public void testExceptionHandle_1() {
  new Thread(() -> {
    try {
      //business code
      int a = 1, b = 0;
      a = a / b;
    } catch (Throwable th) {
      //log
    }
  }).start();
}

  • 使用FutureTask異步回掉處理異常(更加優雅，業務邏輯和異常處理邏輯分離)

    @Test
public void testExceptionHandle_2() {
  //業務邏輯
  FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<>(() -> {
  //business code
  int a = 1, b = 0;
  a = a / b;
  return a;
  });

  Thread t = new Thread(() -> {
  ft.run();
  handleResult(ft);
  });
  t.start();
}
//異常處理邏輯
private void handleResult(FutureTask<Integer> ft) {
    try {
    System.out.println("the result is " + ft.get());
    } catch (InterruptedException e) {
    //log or ...
    e.printStackTrace();
    } catch (ExecutionException e) {
    //log or ...
    e.printStackTrace();
    }
}

中斷

Java中斷是一種線程間通信手段。比如A線程給B線程發送一個中斷信號，B線程收到這個信號，可以處理也可以不處理。

  • 中斷相關的API
void thread.interrupt();//實例方法-中斷線程（線程的中斷標識位置為1）
boolean thread.isInterrupted();//線程是否中斷 & 不清除中斷標識
static boolean Thread.interrupted();//當前線程是否中斷 & 清除中斷標識

  • 實例

    線程t_1每次循環會判斷當前線程的中斷狀態，如果當前線程已經被中斷（中斷標識位為1）就直接返回；

    整個通信過程：主線程把t_1線程的中斷標識位置為1，t_1獲取到中斷標識位為1， 然後結束循環。

    @Test
public void testInterrupt() throws InterruptedException {
  Thread t_1 = new Thread(() -> {
    int i = 0;
    while (true) {
      boolean isInterrupt = Thread.interrupted();
      if (isInterrupt) {
        System.out.println("i am interrupt, return");
        return;
      }
      //business code
      if (i++ % 10000 == 0) {
        System.out.println(i);
      }
    }
  });
  t_1.start();
  for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    ;
  }
  t_1.interrupt();
}

其他

  • 守護線程

    當JVM中的所有的用戶線程都退出後守護線程也會退出

  • 優先級

    線程的優先級越高，越有可能更快的執行或者獲得更多的可執行時間單元。但是Java線程的優先級只是參考，依賴於具體的實現

  • thread.join()

    調用線程進入WAITING狀態，直到thread線程終止

  • thread.yield()

    當前線程讓出cpu資源，仍處於RUNNABLE狀態

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