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第一章：初识线程

第一章：初识线程

作者: 金哲一 | 来源:发表于2021-03-21 18:12 被阅读0次

    1.1 线程的介绍

    对计算机来说每一个任务就是一个进程（process)，在每一个进程内部至少要有一个线程（thread）实在运行中，有时线程也称为轻量级的进程。
    线程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。当启动了一个Java虚拟机（jvm）时，从操作系统开始就会创建一个新的进程（jvm进程），jvm进程中将会派生或者创建很多线程。

    1.2 线程的生命周期大体可以分为如下5个主要的阶段

    • NEW(创建)
    • RUNNABLE(可运行的)
    • RUNNING(运行中)
    • BLOCKED(阻塞)
    • TERMINATED(结束)

    1.2.1 线程的new状态

    当我们用关键字new创建了一个Thread对象时，此时它并不处于可执行状态，因为并没有调用start方法启动该线程。此时的状态准确的说，它只是Thread对象的状态，在没有start之前，该线程根本不存在，跟用new创建一个普通的Java对象没啥区别
    new状态通过start方法进入runnable状态

    1.2.2 线程的runnable状态

    线程对象进入runnable状态必须得调用start方法。此时才真正得在jvm进程中创建了一个线程。线程一经启动不一定就立即得到启动，线程得运行和进程一样都得听CPU的调度。此时这个中间状态，我们称之为runnable（可执行状态），具备了执行的资格。
    由于存在running状态，所以不会直接进入blocked状态和terminated状态，即使是在线程的执行逻辑中调用wait，sleep或者其它的block的io操作等，也必须先获得CPU的调度执行权才可以。runnable的线程只能意外终止或进入running状态

    1.2.3 线程的running状态

    一旦CPU通过轮询或者其它方式从任务可执行队列中选中了线程，此时该线程才能真正的执行执行的逻辑代码。一个正处于running的线程也可以被称之为runnable状态，反之不行
    该状态中，线程的状态可以发生如下的状态转换

    • 直接进入terminated（结束）状态，比如调用jdk已经不推荐使用的stop方法或者判断某个逻辑标识。
    • 进入blocked（阻塞）状态，比如调用了sleep，或者wait方法而加入了waitset中。
    • 进行某个阻塞的io操作，比如因网络数据的读写而进入了blocked状态。
    • 获取某个锁资源，从而加入到该锁的阻塞队列中。
    • 由于CPU的调度器轮询使该线程放弃执行，进入runnable状态。
    • 线程主动调用yield(让步)方法，放弃CPU执行权，进入runnable状态。

    1.2.4 线程的blocked状态

    线程的blocked的状态就是被阻塞的状态。那么已经是blocked的线程可以转变为其它什么状态了？

    • 直接进入terminated(结束)状态，比如调用jdk已经不推荐使用的stop方法或者意外死亡（jvm crash虚拟机崩溃了）。
    • 线程阻塞的操作结束，比如读取了想要的数据字节进入到runnable状态。
    • 线程外城了指定时间的休眠，进入到了runnable状态。
    • wait中的线程被其它线程notify/notifyall（通知/全部通知）唤醒，进入runnable状态。
    • 线程获取到了某个锁资源，进入runnable状态。
    • 线程在阻塞过程中被打断，比如其他线程调用了interrupt（中断）方法，进入runnable

    1.2.5 线程的terminated状态

    terminated是一个线程的最终状态，在该状态中线程将不会切换到其它任何状态。线程进入terminated状态，就表示着该线程的整个生命周期都结束了。会进入到terminated状态的情况有如下：

    • 线程运行正常结束、结束生命周期。
    • 线程意外出错结束

    • jvm crash，导致所有的线程都结束。


      线程的生命周期.png

    创建线程只有一种方式，那就是构造thread类。而实现线程的执行单元则有两种方式，第一种是重写thread的run方法，第二种是实现runnable接口的run方法，并且将runnable实例用作构造thread的参数

    • 构造thread类重写run方式是一种模板设计模式 
    package com.jinzheyi;

/**
 * 继承thread的模板设计模式
 */
public class TicketWindow extends Thread {

    private final String name;

    private static final int MAX = 50;

    private static int index = 1;

    public TicketWindow(String name){
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (index<=MAX){
            System.out.println("柜台："+name + "当前的号码是："+ index++);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new TicketWindow("一号柜机").start();
        new TicketWindow("二号柜机").start();
        new TicketWindow("三号柜机").start();
        new TicketWindow("四号柜机").start();
    }
}

    打印结果

    D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\bin\java.exe "-javaagent:D:\soft\JetBrains\IntelliJ IDEA 2019.3.2\lib\idea_rt.jar=55224:D:\soft\JetBrains\IntelliJ IDEA 2019.3.2\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\charsets.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\deploy.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\cldrdata.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\dnsns.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\jaccess.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\jfxrt.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\localedata.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\nashorn.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\sunec.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\zipfs.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\javaws.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\jce.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\jfr.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\jfxswt.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\jsse.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\management-agent.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\plugin.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\resources.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\rt.jar;E:\idea-workspace\springboot\thread\thread-1\out\production\thread-1 com.jinzheyi.TicketWindow
柜台：一号柜机当前的号码是：1
柜台：二号柜机当前的号码是：2
柜台：二号柜机当前的号码是：3
柜台：二号柜机当前的号码是：4
柜台：二号柜机当前的号码是：5
柜台：二号柜机当前的号码是：6
柜台：二号柜机当前的号码是：7
柜台：二号柜机当前的号码是：8
柜台：三号柜机当前的号码是：9
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柜台：二号柜机当前的号码是：15
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柜台：一号柜机当前的号码是：14
柜台：四号柜机当前的号码是：13
柜台：三号柜机当前的号码是：12
柜台：四号柜机当前的号码是：22
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柜台：四号柜机当前的号码是：34
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柜台：二号柜机当前的号码是：38
柜台：一号柜机当前的号码是：43
柜台：四号柜机当前的号码是：42
柜台：三号柜机当前的号码是：41
柜台：四号柜机当前的号码是：46
柜台：一号柜机当前的号码是：45
柜台：二号柜机当前的号码是：44
柜台：一号柜机当前的号码是：49
柜台：四号柜机当前的号码是：48
柜台：三号柜机当前的号码是：47
柜台：二号柜机当前的号码是：50

Process finished with exit code 0
    • 策略设计模式
    package com.jinzheyi;

/**
 * @Description 实现runnable接口
 * @Author jin_z
 * @Date 2021/3/21 17:42
 * @since:
 * @copyright:
 */
public class TicketWindowRunnable implements Runnable {

    private int index = 1;  //不做static修饰

    public final static int MAX = 50;


    @Override
    public void run() {
        while (index<=MAX){
            System.out.println(Thread.currentThread() + "的号码是："+ index++);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        final TicketWindowRunnable ticketWindowRunnable = new TicketWindowRunnable();
        new Thread(ticketWindowRunnable,"一号柜机").start();
        new Thread(ticketWindowRunnable,"二号柜机").start();
        new Thread(ticketWindowRunnable,"三号柜机").start();
        new Thread(ticketWindowRunnable,"四号柜机").start();
    }

}

    D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\bin\java.exe "-javaagent:D:\soft\JetBrains\IntelliJ IDEA 2019.3.2\lib\idea_rt.jar=55977:D:\soft\JetBrains\IntelliJ IDEA 2019.3.2\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\charsets.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\deploy.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\cldrdata.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\dnsns.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\jaccess.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\jfxrt.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\localedata.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\nashorn.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\sunec.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\zipfs.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\javaws.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\jce.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\jfr.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\jfxswt.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\jsse.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\management-agent.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\plugin.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\resources.jar;D:\soft\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\rt.jar;E:\idea-workspace\springboot\thread\thread-1\out\production\thread-1 com.jinzheyi.TicketWindowRunnable
Thread[一号柜机,5,main]的号码是：1
Thread[四号柜机,5,main]的号码是：3
Thread[三号柜机,5,main]的号码是：2
Thread[二号柜机,5,main]的号码是：1
Thread[三号柜机,5,main]的号码是：6
Thread[四号柜机,5,main]的号码是：5
Thread[一号柜机,5,main]的号码是：4
Thread[四号柜机,5,main]的号码是：9
Thread[四号柜机,5,main]的号码是：11
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Thread[四号柜机,5,main]的号码是：14
Thread[四号柜机,5,main]的号码是：15
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Thread[二号柜机,5,main]的号码是：25
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Thread[三号柜机,5,main]的号码是：36
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Thread[一号柜机,5,main]的号码是：34
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Thread[二号柜机,5,main]的号码是：44
Thread[三号柜机,5,main]的号码是：49
Thread[四号柜机,5,main]的号码是：48
Thread[一号柜机,5,main]的号码是：47
Thread[二号柜机,5,main]的号码是：50

Process finished with exit code 0

    注意：不管是模板设计模式中继承thread重写run方法的实现方式还是策略设计模式实现runnable接口的实现方式。这两种方式的代码多运行几次或者最大值改大点，都会出现某个号码没读到或者某个号码重读，甚至超读（读取的号码超出最大值）。这是因为这里的共享资源index存在线程安全的问题。
    flag:由于作者还在学习阶段，这里的bug问题，学到后面的数据同步的时候会解决这里的bug

    作者：金哲一（jinzheyi）【笔名】
    本文代码地址：https://gitee.com/jinzheyi/springboot/tree/master/thread/thread-1
    本文链接：https://www.jianshu.com/p/333444471b3d

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