JavaEE初阶Day 5：多线程（3）-EW帮帮网

Day5：多线程（3）

多线程在整个编程中都是非常核心非常重要的话题

多核CPU客观的主流的需求
多线程这里还是有一定难度/不少注意事项的

回顾

Thread创建的写法
- 继承Thread，重写run
- 实现Runnable，重写run
- 继承Thread，重写run，使用匿名内部类
- 实现Runnable，重写run，使用匿名内部类
- 使用lambda（推荐写法）
Thread中的一些核心属性和方法
- id
- name
- daemon：后台线程
- isAlive：判定系统内核中的线程是否存在
- start：启动线程（和run进行区分）
- 线程终止的写法
  - 自己定义变量控制线程结束
  - 使用Thread提供的标志位isInterrupted/interrupt，即使线程中出现sleep等阻塞操作，也能被提前唤醒（sleep被唤醒之后会清空刚才设置的标志位）

1. join

线程等待（join）：多个线程，调度顺序，在系统中，是无序的（抢占式执行），程序员希望在随机的体系上，加入一些控制，让结果变得不那么随机

package thread;

public class Demo12 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() ->{
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                System.out.println("hello Thread");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }

            System.out.println("thread end");
        });
        
        t.start();

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("hello main");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        
        t.join();
        System.out.println("main end");
    }
}

由于上述代码中，main和t线程之间的结束顺序是不确定的，如果希望t线程先结束，main后结束，就可以在main中使用线程等待（join）

main线程中调用t.join()就是让main等待t，也就是t先结束，main后结束
系统原生api就叫做pthread_join(linux)
join要抛出的异常和sleep一样：throws InterruptedException
main线程调用上述join方法，有以下两种可能
- 如果t线程此时已经结束了，此时join就会立即返回，没涉及到任何阻塞（阻塞：该线程暂时不参与cpu调度执行，解除阻塞继续执行，线程重新参与到cpu调度了）操作，直接往下执行了
- 如果t线程此时还没结束，此时join就会阻塞等待（确保了main线程一定是后结束的），一直等待到t线程结束之后，join才能解除阻塞，继续执行

package thread;

public class Demo13 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t2 = new Thread(() ->{
            for (int i = 0; i < 4; i++) {
                System.out.println("t2");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        });

        Thread t1 = new Thread(()->{
            //t1一进来先等待t2结束
            try {
                Thread.sleep(500);
                t2.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }

            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                System.out.println("t1");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();

        t1.join();

        System.out.println("main end");
    }
}

调用main.join()

package thread;

public class Demo14 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = Thread.currentThread();
        System.out.println(t.getName());

        Thread t2 = new Thread(()->{
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }

            System.out.println("t2 end");
        });

        t2.start();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Thread.sleep(1000);
        }

        System.out.println("main end");
    }
}

join的各个版本

返回值	参数
void	join()
void	join(long millis)
void	join(long millis, int nanos)

join(long millis)等待N毫秒
int nanos等待M纳秒
传入的时间，就是等待的最大时间，比如写了等待10ms，如果10ms之内，t线程结束了，直接返回，如果10ms到了，t还没结束，不等了，直接继续往下走了
实际开发中，一般很少会使用死等的策略，死等的话，整个程序容错能力比较低
纳秒这个级别的时间，对于主流系统来说，都是太精细了，Windows/linux这个的系统，无法精确到ns级别的时间，甚至说到了ms级别都容易出现误差，这类系统，线程调度开销很大，搞不好线程调度开销就要上ms级

package thread;

public class Demo15 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() ->{
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println("hello thread");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            System.out.println("thread end");
        });
        t.start();

        t.join(2000);
        System.out.println("main end");


    }
}

2. 再谈sleep

（1）使用sleep控制的是“线程休眠时间”而不是“两个代码执行的间隔时间”

package thread;

public class Demo16 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("start: " + System.currentTimeMillis());
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("end: " + System.currentTimeMillis());
        
    }
}

此处设置sleep的时间，是线程阻塞的时间，1000ms之内，线程是一定不会去cpu上执行的（阻塞），当时间到了之后，线程从阻塞状态恢复到就绪状态，不代表线程就能立刻去cpu上执行的，从恢复就绪到真正去cpu上执行，还是需要一定时间的（具体是多少，看机器配置，系统繁忙程度了）

（2）sleep内部的实现，做了哪些事情，java代码中看不到

方法上带着native字样的，叫做“本地方法”，方法的实现，就是在JVM内部，通过cpp代码来实现
JVM也有开源版本的实现（OpenJDK），Oracle官方的JDK不是开源的

3. 线程的状态

之前提到的“进程的状态”，更准确的说是**“线程的状态”或者叫做“PCB的状态”**

Linux系统原生给PCB状态提供了很多不同的选项
Windows系统也给状态提供了很多选项

这些都被JVM封装好了，只需要关心JVM提供的几种状态即可

（1）NEW：Thread对象有了，还没调用start系统内部的线程还未创建

（2）TERMINATED：线程已经终止了，内核中的线程已经销毁了，Thread对象还在

package thread;

public class Demo17 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() ->{
            System.out.println("hello");
        });

        System.out.println(t.getState());//NEW
        t.start();
        t.join();
        System.out.println(t.getState());//TERMINATED
    }
}

（3）RUNNABLE就绪状态：指的是，这个线程“随叫随到”

这个线程正在CPU上执行
这个线程虽然没有在CPU上执行，但是随时可以调度到CPU上执行

接下来三种状态都是阻塞

（4）WAITING：死等进入的阻塞，例如t.join();

（5）TIMED_WAITING：带有超时时间的等待，例如t.join(3600 * 1000);

（6）BLOCK：进入锁竞争的时候产生的阻塞

package thread;

public class Demo18 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() ->{
            while (true){
                System.out.println("hello thread");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }


        });

        t.start();
        t.join();
    }
}

后续发现某个线程卡死了，这个时候，就需要关注线程的状态，通过状态就能看到线程是在哪一行代码卡住了（阻塞），原因大概是什么

在这里插入图片描述

4.线程安全问题

线程是随即调度的抢占式执行，这样的随机性，就会使程序的执行顺序，产生变数/不同的结果，但是有的时候，遇到不同的结果，认为是不可接受的，认为是bug，多线程代码，引起了bug这样的问题就是“线程安全问题”，存在线程安全问题的代码，就称为“线程不安全”

package thread;

public class Demo19 {
    private static int count = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() ->{
            for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                count++;
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(() ->{
            for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                count++;
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println("count = " + count);

    }
}

上述代码是典型的多线程并发导致的问题，如果让两个线程串行执行，没有任何问题

原因在于

对于count++;，这一行代码，实际上是3个CPU指令

把内存count中的数值，读取到CPU寄存器中 = > load
把寄存器中的值+1，保存在寄存器中 = > add
把寄存器上述计算后的值，写回到内存count里 = > save

举个例子

如果时间轴执行顺序：t1_load -> t2_load -> t1_add -> t2_ add -> t1_save -> t2_save

1）t1_load：读取到count值为0

2）t2_load：读取到count值为0

3）t1_add：寄存器中的值+1

4）t2_ add：寄存器中的值+1

5）t1_save：写回内存count中，count值为1

6）t2_save：写回内存count中，count值为1

最终结果count = 1，后一次计算把前一次计算的结果覆盖掉了，由于当前线程执行的顺序不确定，有些执行顺序加两次，结果是正确的，有些执行顺序加两次，最后只增加1，具体有多少次正确，多少次不正确，是随机的，因此最后的计算结果并不准确

JavaEE初阶Day 5：多线程（3）

目录

Day5：多线程（3）

1. join

2. 再谈sleep

3. 线程的状态

4.线程安全问题

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