Java實習生面試複習(五)：Thread線程學習

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多線程也是面試中必問的點，是必備的基礎技能。

Thread(線程)的概念

首先我們要知道線程的概念是什麼，在繼續往下說，大家可以先閉上眼回憶一下：

線程（Thread）是併發編程的基礎，也是程序執行的最小單元，它依託進程而存在。一個進程中可以包含多個線> 程，多線程可以共享一塊內存空間和一組系統資源，因此線程之間的切換更加節省資源、更加輕量化。

線程的狀態有哪些？

線程的狀態在 JDK 1.5 之後以枚舉的方式被定義在 Thread 的源碼中，它總共包含以下 6 個狀態：

    public enum State {
        NEW,
        RUNNABLE,
        BLOCKED,
        WAITING,
        TIMED_WAITING,
        TERMINATED;
    }

六種狀態分別爲：

NEW，新建狀態，線程被創建出來，但尚未啓動時的線程狀態；
RUNNABLE，就緒狀態，表示可以運行的線程狀態，它可能正在運行，或者是在排隊等待操作系統給它分配 CPU 資源；
- 比如Thread.start方法就是將線程從NEW狀態轉換成 RUNNABLE 狀態。
BLOCKED，阻塞等待鎖的線程狀態，表示處於阻塞狀態的線程正在等待監視器鎖
- 比如等待執行 synchronized 代碼塊或者使用 synchronized 標記的方法。
WAITING，等待狀態，一個處於等待狀態的線程正在等待另一個線程執行某個特定的動作。
- 比如，一個線程調用了Object.wait()方法，那它就在等待另一個線程調用Object.notify() 或 Object.notifyAll() 方法。
TIMED_WAITING，計時等待狀態，和上者類似，只是多了一個超時時間。
- 比如調用了有超時時間設置的方法 Object.wait(long timeout) 和 Thread.join(long timeout) 等這些方法時，它纔會進入此狀態；
TERMINATED，終止狀態，表示線程已經執行完成。

但是這 6 種狀態並不是線程所有的狀態，只是在 Java 源碼中列舉出的 6 種狀態， Java 線程的處理方法都是圍繞這 6 種狀態的。

線程的工作模式

線程的工作模式：

首先要new Thread()創建線程，此時線程的狀態是NEW，表示線程創建成功但沒有運行。
然後再調用線程的 start() 方法，此時線程就從 NEW（新建）狀態變成了 RUNNABLE（就緒）狀態。
此時線程會判斷要執行的方法中有沒有 synchronized 修飾的代碼塊或方法，如果有並且其他線程也在使用此鎖，那麼線程就會變爲 BLOCKED（阻塞等待）狀態，當其他線程使用完此鎖之後，線程會繼續執行剩餘的方法。
當在遇到 Object#wait、Thread#join、LockSupport#park 這些方法時，線程會變爲 WAITING（等待狀態）狀態，如果是帶了超時時間的等待方法，那麼線程會進入 TIMED_WAITING（計時等待）狀態
當有其他線程執行了 notify() 或 notifyAll() 方法之後，線程被喚醒繼續執行剩餘的業務方法，直到方法執行完成爲止，此時整個線程的流程就執行完了。
執行流程如下圖所示：

這裏要區分開BLOCKED 和 WAITING 的區別：
雖然二者都有等待的含義，但還是區別很大的，首先它們狀態形成的調用方法不同，其次BLOCKED可以理解爲當前線程還處於活躍狀態，只是在阻塞等待其他線程使用完某個鎖資源；而WAITING則是因爲自身調用了Object.wait()、Thread.join()、LockSupport.park()而進入等待狀態，只能等待其他線程執行某個特定的動作才能被繼續喚醒，比如當線程因爲調用了Object.wait()而進入WAITING狀態之後，則需要等待另一個線程執行Object.notify()、Object.notifyAll() 才能被喚醒。

線程的使用

創建線程的方式

有幸聽過一節馬哥的公開課小馬哥慕課直播，感興趣的可以看看，視頻很不錯，上和下加一起有六個小時在第12分鐘的時候，有說到其實創建線程的方式從本質上說，只有一種，那就是Thread.run()，因爲不管你是繼承Thread，還是實現Runnable接口，我們可以看源碼：

    public Thread(Runnable target) {
        init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
    }

    public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();
        }
    }

運行線程的方式有兩種，一種當用Runnable接口時間，thread.run會判斷target在決定調用誰的run，而線程thread實際是重寫了該run方法。怎麼用就不我例舉了吧。
說到這裏，可能有同學就疑惑了，明明我平常寫代碼調的是start()不是run()啊？這裏看這篇文章java中多線程執行時，爲何調用的是start()方法而不是run()方法我在補充兩點：

start()方法不能被多次調用，多次調用會拋出java.lang.IllegalStateException；而run()方法可以進行多次調用，因爲它只是一個普通的方法。

線程常見的方法

線程的優先級

優先級代表線程執行的機會的大小，優先級高的可能先執行，低的可能後執行，在 Java 源碼中，優先級從低到高分別是 1 到 10，線程默認 new 出來的優先級都是 5，源碼如下：

// 最低優先級
public final static int MIN_PRIORITY = 1;

// 普通優先級，也是默認的
public final static int NORM_PRIORITY = 5;

// 最大優先級
public final static int MAX_PRIORITY = 10;

在程序中我們可以通過 Thread.setPriority() 來設置優先級

join方法

在一個線程中調用其他線程對象的join()方法時，這時候當前線程會讓出執行權給其他線程，直到其他線程執行完或者過了超時時間之後再繼續執行當前線程，join() 源碼如下：

    public final synchronized void join(long millis)
    throws InterruptedException {
        long base = System.currentTimeMillis();
        long now = 0;

        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
        }

        if (millis == 0) {
            // 其他線程好了之後，當前線程的狀態是 TERMINATED,isAlive 返回 false
            // NEW false
            // RUNNABLE true
            while (isAlive()) {
                // 等待其他線程,一直等待
                wait(0);
            }
        } else {
            while (isAlive()) {
                long delay = millis - now;
                if (delay <= 0) {
                    break;
                }
                // 等待一定的時間，如果在 delay 時間內，等待的線程仍沒有結束，放棄等待
                wait(delay);
                now = System.currentTimeMillis() - base;
            }
        }
    }

從源碼中可以看出 join() 方法底層還是通過 wait() 方法來實現的。假設我們現在有一道題，保證三個線程的有序執行，讓你去實現，想想用join怎麼實現？

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            System.out.println("t1執行");
        }, "t1");
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            System.out.println("t2執行");
        }, "t2");
        Thread thread3 = new Thread(() -> {
            System.out.println("t3執行");
        }, "t3");

        thread1.start();
        thread1.join();
        thread2.start();
        thread2.join();
        thread3.start();
        thread3.join();

在想想，在看過join的源碼後，你還有什麼方法可以保證線程的有序執行？這裏在沾兩個方法：

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            System.out.println("t1執行");
        }, "t1");
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            System.out.println("t2執行");
        }, "t2");
        Thread thread3 = new Thread(() -> {
            System.out.println("t3執行");
        }, "t3");

        thread1.start();
        while (thread1.isAlive()) {
        }
        thread2.start();
        while (thread2.isAlive()) {
        }
        thread3.start();
        while (thread3.isAlive()) {
        }

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "執行");
        }, "t1");
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "執行");
        }, "t2");
        Thread thread3 = new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "執行");
        }, "t3");

        threadStartAndWait(thread1);
        threadStartAndWait(thread2);
        threadStartAndWait(thread3);

    public static void threadStartAndWait(Thread thread) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        if (Thread.State.NEW.equals(thread.getState())) {
            thread.start();
        }

        // 當 JVM Thread 執行完之後，自動就notify()了，鎖的如果是線程對象而不是普通對象，那麼鎖對象執行完畢後，會調用自身對象上的notify();
        while (thread.isAlive()) {  // thread 特殊的object
            // 當線程Thread isAlive() == false 時,thread.wait() 操作會被自動釋放
            synchronized (thread) {
                try {
                    //阻塞的是這個對象所在的線程（通常是主線程)
                    thread.wait(); // 到底是誰在通知Thread -> thread.notify();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

yield方法

yield() 爲本地方法，源碼如下：

    // 當前線程做出讓步，放棄當前 cpu，讓線程重新選擇 cpu，避免線程過度使用 cpu
    // 讓步不是不執行，也有可能重新選中自己
    public static native void yield();

yield() 方法表示給線程調度器一個當前線程願意出讓 CPU 使用權的暗示，但是線程調度器可能會忽略這個暗示。
例如下面這段代碼：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Runnable runnable = () -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                System.out.println("線程：" + Thread.currentThread().getName() + " I：" + i);
                if (i == 5) {
                    Thread.yield();
                }
            }
        };
        Thread t1 = new Thread(runnable, "T1");
        Thread t2 = new Thread(runnable, "T2");
        t1.start();
        t2.start();
}

當你多次執行這段代碼的時候，會發現有時候執行結果會不一樣，這是因爲如上所說，它是不穩定的。

sleep方法

sleep 也是本地 (native) 方法，意思是當前線程會沉睡多久，但是沉睡時不會釋放鎖資源，所以沉睡時，其它線程是無法得到鎖的。

interrupt(),interrupted() 和 isInterrupted() 的區別

interrupt()：將調用該方法的對象所表示的線程標記一個停止標記，並不是真的停止該線程。

interrupted()：獲取當前線程的中斷狀態，並且會清除線程的狀態標記。是一個是靜態方法。

isInterrupted()：獲取調用該方法的對象所表示的線程的中斷狀態，不會清除線程的狀態標記。是一個實例方法。

簡單的中斷案例：t1先執行，但是sleep不釋放鎖資源，在這期間t2等候兩秒鐘還沒拿到鎖就中斷

public class Test {
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            testsync();
        },"t1");
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            testsync();
        },"t2");
        t1.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        t2.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        System.out.println("main");
        /**
         * 如果t2兩秒鐘還拿不到就中斷
         */
        t2.interrupt();
    }
    public static void testsync(){
        try {
            /**
             * lockInterruptibly 和 lock的區別，前者會直接拋出異常可以響應中斷，後者則不可以
             */
            lock.lockInterruptibly();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            TimeUnit.SECONDS.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

總結

這篇文章簡單介紹了線程的狀態以及線程的執行流程，還介紹了BLOCKED（阻塞等待）和WAITING（等待）的區別，start()方法和run()方法的區別，以及thread的幾個常見方法

看完這篇文章你能回答出這些問題了嗎？

BLOCKED（阻塞等待）和 WAITING（等待）有什麼區別？
start() 方法和 run() 方法有什麼區別？
線程的優先級有什麼用？該如何設置？
線程的常用方法有哪些？
怎麼中斷線程？

Java實習生面試複習(五)：Thread線程學習

Thread(線程)的概念

線程的狀態有哪些？

線程的工作模式

線程的使用

創建線程的方式

線程常見的方法

線程的優先級

join方法

yield方法

sleep方法

interrupt(),interrupted() 和 isInterrupted() 的區別

總結

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