執行緒最最基礎的知識

2019 年 10 月 3 日
筆記

Java 多執行緒系列文章第 5 篇。

什麼是執行緒

試想一下沒有執行緒的程式是怎麼樣的？百度網盤在上傳文件時就無法下載文件了，得等文件上傳完成後才能下載文件。這個我們現在看起來很反人性，因為我們習慣了一個程式同時可以進行運行多個功能，而這些都是執行緒的功勞。

之前的文章進程知多少中講到，為了實現多個程式並行執行，引入了進程概念。現在引入執行緒是為了讓一個程式能夠並發執行。

執行緒的組成

執行緒ID：執行緒標識符。

當前指令指針（PC）：指向要執行的指令。

暫存器集合：存儲單元暫存器的集合。

堆棧：暫時存放數據和地址，一般用來保護斷點和現場。

執行緒與進程區別

執行緒和進程之間的區別，我覺得可以用這個例子來看出兩者的不同，進程就是一棟房子，房子住著 3 個人，執行緒就是住在房子里的人。進程是一個獨立的個體，有自己的資源，執行緒是在進程里的，多個執行緒共享著進程的資源。

執行緒狀態

我們看到 Java 源程式碼裡面，執行緒狀態的枚舉有如下 6 個。

public enum State {     //新建狀態   NEW,     //運行狀態   RUNNABLE,     //阻塞狀態   BLOCKED,     //等待狀態   WAITING,     //等待狀態（區別在於這個有等待的時間）   TIMED_WAITING,     //終止狀態   TERMINATED;  }

下面給這 6 個狀態一一做下解釋。

NEW：新建狀態。在創建完 Thread ，還沒執行 start() 之前，執行緒的狀態一直是 NEW。可以說這個時候還沒有真正的一個執行緒映射著，只是一個對象。

RUNNABLE：運行狀態。執行緒對象調用 start() 之後，就進入 RUNNABLE 狀態，該狀態說明在 JVM 中有一個真實的執行緒存在。

BLOCKED：阻塞狀態。執行緒在等待鎖的釋放，也就是等待獲取 monitor 鎖。

WAITING：等待狀態。執行緒在這個狀態的時候，不會被分配 CPU，而且需要被顯示地喚醒，否則會一直等待下去。

TIMED_WAITING：超時等待狀態。這個狀態的執行緒也一樣不會被分配 CPU，但是它不會無限等待下去，有時間限制，時間一到就停止等待。

TERMINATED：終止狀態。執行緒執行完成結束，但不代表這個對象已經沒有了，對象可能還是存在的，只是執行緒不存在了。

執行緒既然有這麼多個狀態，那肯定就有狀態機，也就是在什麼情況下 A 狀態會變成 B 狀態。下面就來簡單描述一下。

結合下圖，我們 new 出執行緒類的時候，就是 NEW 狀態，調用 start() 方法，就進入了 RUNNABLE 狀態，這時如果觸發等待，則進入了 WAITING 狀態，如果觸發超時等待，則進入 TIMED_WAITING 狀態，當訪問需要同步的資源時，則只有一個執行緒能訪問，其他執行緒就進入 BLOCKED 狀態，當執行緒執行完後，進入 TERMINATED 狀態。

其實在 JVM 中，執行緒是有 9 個狀態，如下所示，有興趣的同學可以深入了解一下。

javaClasses.hpp  enum ThreadStatus {      NEW = 0,      RUNNABLE = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // runnable / running                                 JVMTI_THREAD_STATE_RUNNABLE,      SLEEPING = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // Thread.sleep()                                 JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +                                 JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_WITH_TIMEOUT +                                 JVMTI_THREAD_STATE_SLEEPING,      IN_OBJECT_WAIT = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // Object.wait()                                 JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +                                 JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_INDEFINITELY +                                 JVMTI_THREAD_STATE_IN_OBJECT_WAIT,      IN_OBJECT_WAIT_TIMED = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // Object.wait(long)                                 JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +                                 JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_WITH_TIMEOUT +                                 JVMTI_THREAD_STATE_IN_OBJECT_WAIT,      PARKED = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // LockSupport.park()                                 JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +                                 JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_INDEFINITELY +                                 JVMTI_THREAD_STATE_PARKED,      PARKED_TIMED = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // LockSupport.park(long)                                 JVMTI_THREAD_STATE_WAITING +                                 JVMTI_THREAD_STATE_WAITING_WITH_TIMEOUT +                                 JVMTI_THREAD_STATE_PARKED,      BLOCKED_ON_MONITOR_ENTER = JVMTI_THREAD_STATE_ALIVE + // (re-)entering a synchronization block                                 JVMTI_THREAD_STATE_BLOCKED_ON_MONITOR_ENTER,      TERMINATED = JVMTI_THREAD_STATE_TERMINATED  };

Java 執行緒實現

下面講一講在 Java 中如何創建一個執行緒。眾所周知，實現 Java 執行緒有 2 種方式：繼承 Thread 類和實現 Runnable 介面。

繼承 Thread 類

繼承 Thread 類，重寫 run() 方法。

class MyThread extends Thread {        @Override      public void run() {          System.out.println("MyThread");      }    }

實現 Runnable 介面

實現 Runnable 介面，實現 run() 方法。

class MyRunnable implements Runnable {        public void run() {          System.out.println("MyRunnable");      }    }

這 2 種執行緒的啟動方式也不一樣。MyThread 是一個執行緒類，所以可以直接 new 出一個對象出來，接著調用 start() 方法來啟動執行緒；而 MyRunnable 只是一個普通的類，需要 new 出執行緒基類 Thread 對象，將 MyRunnable 對象傳進去。

下面是啟動執行緒的方式。

public class ThreadImpl {        public static void main(String[] args) {          MyThread myThread = new MyThread();          Thread myRunnable = new Thread(new MyRunnable());          System.out.println("main Thread begin");          myThread.start();          myRunnable.start();          System.out.println("main Thread end");      }    }

列印結果如下：

main Thread begin  main Thread end  MyThread  MyRunnable

看這結果，不像咱們之前的串列執行依次列印，主執行緒不會等待子執行緒執行完。

敲重點：不能直接調用 run()，直接調用 run() 不會創建執行緒，而是主執行緒直接執行 run() 的內容，相當於執行普通函數。這時就是串列執行的。看下面程式碼。

public class ThreadImpl {        public static void main(String[] args) {          MyThread myThread = new MyThread();          Thread myRunnable = new Thread(new MyRunnable());          System.out.println("main Thread begin");          myThread.run();          myRunnable.run();          System.out.println("main Thread end");      }    }

列印結果：

main Thread begin  MyThread  MyRunnable  main Thread end

從結果看出只是串列的，但看不出沒有執行緒，我們看下面例子來驗證直接調用 run() 方法沒有創建新的執行緒，使用 VisualVM 工具來觀察執行緒情況。

我們對程式碼做一下修改，加上 Thread.sleep(1000000) 讓它睡眠一段時間，這樣方便用工具查看執行緒情況。

調用 run() 的程式碼：

public class ThreadImpl {        public static void main(String[] args) {          MyThread myThread = new MyThread();          myThread.setName("MyThread");          Thread myRunnable = new Thread(new MyRunnable());          myRunnable.setName("MyRunnable");          System.out.println("main Thread begin");          myThread.run();          myRunnable.run();          System.out.println("main Thread end");          try {              Thread.sleep(1000000);          } catch (InterruptedException e) {              e.printStackTrace();          }      }    }    class MyThread extends Thread {        @Override      public void run() {          System.out.println("MyThread");          try {              Thread.sleep(1000000);          } catch (InterruptedException e) {              e.printStackTrace();          }      }    }    class MyRunnable implements Runnable {        public void run() {          System.out.println("MyRunnable");          try {              Thread.sleep(1000000);          } catch (InterruptedException e) {              e.printStackTrace();          }      }    }

運行結果：

main Thread begin  MyThread

只列印出 2 句日誌，觀察執行緒時也只看到 main 執行緒，沒有看到 MyThread 和 MyRunnable 執行緒，印證了上面咱們說的：直接調用 run() 方法，沒有創建執行緒。

下面我們來看看有
調用 start() 的程式碼：

public class ThreadImpl {        public static void main(String[] args) {          MyThread myThread = new MyThread();          myThread.setName("MyThread");          Thread myRunnable = new Thread(new MyRunnable());          myRunnable.setName("MyRunnable");          System.out.println("main Thread begin");          myThread.start();          myRunnable.start();          System.out.println("main Thread end");          try {              Thread.sleep(1000000);          } catch (InterruptedException e) {              e.printStackTrace();          }      }    }

運行結果：

main Thread begin  main Thread end  MyThread  MyRunnable

所有日誌都列印出來了，並且通過 VisualVM 工具可以看到 MyThread 和 MyRunnable 執行緒。看到了這個結果，切記創建執行緒要調用 start() 方法。

今天就先講到這，繼續關注後面的內容。

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