07 深入Thread類—線程API精講 · Java并發編程學習寶典(漫畫版)

## 07 深入Thread類—線程API精講 > 每個人的生命都是一只小船，理想是小船的風帆。 > ——張海迪前面幾節我們都在圍繞著如何創建 Thread 和啟動 Thread 做分析。上節我們講解了 Thread 的幾種狀態，以及狀態間的變化。有些狀態的變化是被動發生的，比如 run 方法執行完后進入 TERMINATED 狀態。不過更多時候，狀態的變化是由于主動調用了某些方法。而這些方法大多數是 Thread 類的 API。本小結，我們就來重點學習下 Thread 類暴露出來的 API。 ## sleep 方法顧名思義，線程的 sleep 方法會使線程休眠指定的時間長度。休眠的意思是，當前邏輯執行到此不再繼續執行，而是等待指定的時間。但在這段時間內，該線程持有的 monitor 鎖（鎖在后面會講解，這里可以認為對共享資源的獨占標志）并不會被放棄。我們可以認為線程只是工作到一半休息了一會，但它所占有的資源并不會交還。這樣設計很好理解，因為線程在 sleep 的時候可能是處于同步代碼塊的中間位置，如果此時把鎖放棄，就違背了同步的語義。所以 sleep 時并不會放棄鎖，等過了 sleep 時長后，可以確保后面的邏輯還在同步執行。 ![圖片描述](https://img.mukewang.com/5d7ef1b40001079108400407.jpg) sleep 方法有兩個重載，分別是： ~~~java public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException; public static void sleep(long millis, int nanos) throws InterruptedException ~~~ 兩者的區別只是一個支持休眠時間到毫秒級，另外一個到納秒級。但其實第二個并不能真的精確到納秒級別，我們來看第二個重載方法代碼： ~~~java public static void sleep(long millis, int nanos) throws InterruptedException { if (millis < 0) { throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative"); } if (nanos < 0 || nanos > 999999) { throw new IllegalArgumentException( "nanosecond timeout value out of range"); } if (nanos >= 500000 || (nanos != 0 && millis == 0)) { millis++; } sleep(millis); } ~~~ 可以清楚的看到，最終調用的還是第一個毫秒級別的 sleep 方法。而傳入的納秒會被四舍五入。如果大于 50 萬，毫秒 ++，否則納秒被省略。 ## yield 方法 yield 方法我們平時并不常用。yield 單詞的意思是讓路，在多線程中意味著本線程愿意放棄 CPU 資源，也就是可以讓出 CPU 資源。不過這只是給 CPU 一個提示，當 CPU 資源并不緊張時，則會無視 yield 提醒。如果 CPU 沒有無視 yield 提醒，那么當前 CPU 會從 RUNNING 變為 RUNNABLE 狀態，此時其它等待 CPU 的 RUNNABLE 線程，會去競爭 CPU 資源。講到這里有個問題，剛剛 yield 的線程同為 RUNNABLE 狀態，是否也會參與競爭再次獲得 CPU 資源呢？經過我大量測試，剛剛 yield 的線程是不會馬上參與競爭獲得 CPU 資源的。我們看下面測試代碼： ~~~java public class YieldExampleClient { public static void main(String[] args) { Thread xiaoming = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println("小明--" + i); // if (i == 2) { // Thread.yield(); // } } }); Thread jianguo = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println("建國--" + i); } }); xiaoming.start(); jianguo.start(); } } ~~~ 可以看到啟動兩個線程打印，控制臺輸出如下： ~~~ 小明--0 小明--1 小明--2 小明--3 小明--4 小明--5 小明--6 小明--7 小明--8 小明--9 建國--0 建國--1 建國--2 建國--3 建國--4 建國--5 建國--6 建國--7 建國--8 建國--9 ~~~ 每次結果有所區別，但是一般都是小明輸出到 5 以后，建國才開始輸出。這一是因為線程啟動需要時間，另外也是因為 CPU 緊張， jianguo 線程在排隊。我們放開小明線程注解部分，讓輸出到 xiaoming 線程輸出到 2 的時候 yield ，看看會怎么樣。輸出如下： ~~~ 小明--0 小明--1 小明--2 建國--0 建國--1 ...... ~~~ 我們看前四行，xiaoming 先獲得了 CPU 的使用權，不過在打印到 2 的時候調用了 yield 方法，提示可以讓出 CPU 的使用權，而此時 CPU 接受了提示，從而讓建國獲得了 CPU 的使用權。我嘗試建立更多的線程，多次嘗試，發現小明打印到 2 的時候，肯定會切換為其它線程打印。不過如果 CPU 資源豐富，那么會無視 yield 方法，xiaoming 也無需讓出 CPU 資源。 yield 方法為了提升線程間的交互，避免某個線程長時間過渡霸占 CPU 資源。但 yield 在實際開發中用的比較少，源碼的注解也提到這一點：“*It is rarely appropriate to use this method.*”。 ## currentThread 方法我們前幾節中已經使用過該方法，這是一個靜態方法，用于獲取當前線程的實例。用法很簡單，如下： ~~~java Thread.currentThread(); ~~~ 拿到線程的實例后，我們還可以獲取 Thread 的名稱： ~~~java Thread.currentThread().getName(); ~~~ 這兩個方法在之前例子中我們都使用過，也比較簡單，就不再贅述。此外我們還可以獲取線程 ID ： ~~~java Thread.currentThread().getId(); ~~~ ## setPriority 方法此方法用于設置線程的優先級。每個線程都有自己的優先級數值，當 CPU 資源緊張的時候，優先級高的線程獲得 CPU 資源的概率會更大。請注意僅僅是概率會更大，并不意味著就一定能夠先于優先級低的獲取。這和搖車牌號一個道理，我現在中簽概率是標準的 9 倍，但搖中依然搖搖無期。而身邊卻時不時的出現第一次搖號就中的朋友。如果在 CPU 比較空閑的時候，那么優先級就沒有用了，人人都有肉吃，不需要搖號了。優先級別高可以在大量的執行中有所體現。在大量數據的樣本中，優先級高的線程會被選中執行的次數更多。最后我們看下 setPriority 的源碼： ~~~java public final void setPriority(int newPriority) { ThreadGroup g; checkAccess(); if (newPriority > MAX_PRIORITY || newPriority < MIN_PRIORITY) { throw new IllegalArgumentException(); } if((g = getThreadGroup()) != null) { if (newPriority > g.getMaxPriority()) { newPriority = g.getMaxPriority(); } setPriority0(priority = newPriority); } } ~~~ Thread 有自己的最小和最大優先級數值，范圍在 1-10。如果不在此范圍內，則會報錯。另外如果設置的 priority 超過了線程所在組的 priority ，那么只能被設置為組的最高 priority 。最后通過調用 native 方法 setPriority0 進行設置。 ## interrupt 相關方法 interrupt 的意思是打斷。調用了 interrupt 方法后，線程會怎么樣？不知道你的答案是什么。我在第一次學習 interrupt 的時候，第一感覺是讓線程中斷。其實，并不是這樣。inerrupt 方法的作用是讓可中斷方法，比如讓 sleep 中斷。也就是說其中斷的并不是線程的邏輯，中斷的是線程的阻塞。這一點在本小結一開始就要徹底搞清池，否則帶著錯誤的想法會影響學習的效果。那么 interrupt 方法調用后，對未使用可中斷方法的線程有影響嗎？我們做個簡單的實驗，代碼如下： ~~~java public class InterruptClient { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread thread = new Thread(()->{ for(int i=0; i<100 ;i++){ System.out.println("I'm doing my work"); System.out.println("I'm interrupted?"+Thread.currentThread().isInterrupted()); } }); thread.start(); Thread.sleep(1); thread.interrupt(); } } ~~~ 線程 run 方法中沒有調用可中斷方法，只是輸出**I’m doing my work**，另外還會輸出自己的中斷狀態。而主線程會 sleep 一毫秒，留時間給 thread 線程啟動，然后調用 thread 線程的 interrupt 方法。我截取其中關鍵一段輸出如下： ~~~ I'm doing my work I'm interrupted?false I'm doing my work I'm interrupted?true I'm doing my work I'm interrupted?true ~~~ 這段后面的輸出一直到結束，都在重復 “I’m doing my work I’m interrupted?true“，這說明兩個問題： 1. 調用 interrupt 方法，并不會影響可中斷方法之外的邏輯。線程不會中斷，會繼續執行。這里的中斷概念并不是指中斷線程； 2. 一旦調用了 interrupt 方法，那么線程的 interrupted 狀態會一直為 ture（沒有通過調用可中斷方法或者其他方式主動清除標識的情況下）；通過上面實現我們了解了 interrupt 方法中斷的不是線程。它中斷的其實是可中斷方法，如 sleep 。可中斷方法被中斷后，會把 interrupted 狀態歸位，改回 false 。我們還是做個實驗，代碼如下： ~~~java public class InterruptSleepClient { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread xiaopang = new Thread(()->{ for(int i=0; i<100 ;i++){ System.out.println("I'm doing my work"); try { System.out.println("I will sleep"); Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { System.out.println("My sleeping was interrupted"); } System.out.println("I'm interrupted?"+Thread.currentThread().isInterrupted()); } }); xiaopang.start(); Thread.sleep(1); xiaopang.interrupt(); } } ~~~ 這次干活的小胖比較懶，每次干完活都要休息一秒鐘。有一次被讓他干活的老師發現，把他叫醒了。但是后來看他照睡不誤，也就隨他去了。這段代碼執行結果如下： ~~~ I'm doing my work I will sleep My sleeping was interrupted I'm interrupted? false I'm doing my work I will sleep I'm interrupted? false I'm doing my work I will sleep I'm interrupted? false ~~~ 可以看到當 xiaopang.interrupt () 執行后，睡眠中的 xiaopang 被喚醒了。這里額外需要注意的是，此時 xiaopang 線程的 interrupted 狀態還是 false 。因為可中斷線程會捕獲中斷的信號，并且會清除掉 interrupted 標識。因此輸出的 “I’m interrupted ?” 全部是 false 。最后我們再看一下靜態方法 interrupted 。這個方法其實和成員方法 isInterrupted 方法類似，都是返回了 interrupted 狀態。不同就是 interrupted 方法返回狀態后，如果為 true 則會清除掉狀態。而 isInterrupted 則不會。上面第一段測試代碼已經驗證了這一點，被打斷后，調用 isInterrupted 一直返回 true。下面我們來驗證下 interrupted 是否會清除標識位。把第一段代碼稍微改一下： ~~~java public class InterruptedClient { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread thread = new Thread(()->{ for(int i=0; i<100 ;i++){ System.out.println("I'm doing my work"); //原代碼 System.out.println("I'm interrupted?"+Thread.currentThread().isInterrupted()); System.out.println("I'm interrupted?"+Thread.interrupted()); } }); thread.start(); Thread.sleep(1); thread.interrupt(); } } ~~~ 改動已經在注解中說明，僅僅是改了獲取 interrupted 狀態的方法。但輸出結果卻是不一樣的： ~~~ I'm doing my work I'm interrupted?false I'm doing my work I'm interrupted?false I'm doing my work I'm interrupted?true I'm doing my work I'm interrupted?false I'm doing my work I'm interrupted?false ~~~ 可以看到在輸出 “I’m interrupted?true” 后，中斷狀態又變回了 false。通過以上講解，可以看出 interrupt 方法只是設置了中斷標識位，這個標識位只對可中斷方法會產生作用。不過我們還可以利用它做更多的事情，比如說如果線程的 run 方法中這么寫： ~~~java while(!isInterrupted()){ //do somenting } ~~~ 這樣主線程中可以通過調用此線程的 interrupt 方法，讓其推出運行。此時 interrupted 的含義就真的是線程退出了。不過假如你的 while 循環中調用了可中斷方法，那么就會有干擾。 ## join 方法最后我們再講解一個重要的方法 join。這個方法功能強大，也很實用。我們用它能夠實現并行化處理。比如主線程需要做兩件沒有相互依賴的事情，那么可以起 A、B 兩個線程分別去做。通過調用 A、B 的 join 方法，讓主線程 block 住，直到 A、B 線程的工作全部完成，才繼續走下去。我們來看下面這段代碼： ~~~java public class JoinClient { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread backendDev = createWorker("backed dev", "backend coding"); Thread frontendDev = createWorker("frontend dev", "frontend coding"); Thread tester = createWorker("tester", "testing"); backendDev.start(); frontendDev.start(); // backendDev.join(); // frontendDev.join(); tester.start(); } public static Thread createWorker(String role, String work) { return new Thread(() -> { System.out.println("I finished " + work + " as a " + role); }); } } ~~~ 這段代碼中，我們把 join 方法去掉。執行結果如下： ~~~ I finished backend coding as a backed dev I finished testing as a tester I finished backend coding as a frontend dev ~~~ 我們期望的是前端和后端開發完成工作后，測試才開始測試。但從輸出結果看并非如此。要想實現這個需求，我們只需把注釋打開，讓**backendDev**和**frontendDev**先做 join 操作，此時主線程會被 block 住。直到**backendDev**和**frontendDev**線程都執行結束，才會繼續往下執行。輸出如下： ~~~ I finished backend coding as a backed dev I finished frontend coding as a frontend dev I finished testing as a tester ~~~ 可以看到現在的輸出完全符合我們的期望。可見調用 join 方法后 block 的并不是被調用的**backendDev**或**frontendDev 線程**，而是調用方線程，這個需要牢記。 ## 總結本小結講解了 Thread 的幾個常用的方法，這些方法在我們實際開發中會經常用到的，需要我們認真學習和理解。有些已經被棄用的方法沒有再講解，比如 stop 方法。關于更多的方法，其實讀者可以直接閱讀 Thread 源代碼，Thread 類的注解寫得相當詳細。其實很多時候我們自己動手直接閱讀源代碼和注解，是更為快捷的學習方式，而且也更為權威。下一節我們繼續講解線程的相關操作 wait ()、notify ()、notifyAll ()。這些方法也會改變線程的狀態，但并不是 Thread 的 API 。