Java线程的基本概念和五种状态

1. 线程

1.1 创建线程

创建线程通常有以下三种方式：

实现 Runnable 接口，并重写其 run 方法：

public class J1_Method01 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Main线程的ID为：" + Thread.currentThread().getId());
        Thread thread = new Thread(new CustomRunner());
        thread.start();
    }
}

class CustomRunner implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("CustomRunner线程的ID为：" + Thread.currentThread().getId());
    }
}

继承自 Thread 类，并重写其 run 方法：

public class J2_Method02 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Main线程的ID为：" + Thread.currentThread().getId());
        CustomThread customThread = new CustomThread();
        customThread.start();
    }
}

class CustomThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("CustomThread线程的ID为：" + Thread.currentThread().getId());
    }
}

以上两种方式都无法获取线程的返回值，如果想要获取线程的返回值，需要实现 Callable 接口：

public class J3_Method03 {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        Task task = new Task();
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(task);
        new Thread(futureTask).start();
        System.out.println("获得线程返回值：" + futureTask.get());
    }
}

class Task implements Callable {
    @Override
    public Integer call() {
        return 100;
    }
}
// 输出：
获得线程返回值：100

1.2 线程属性

编号 (ID) ：用于标识线程的唯一编号，只读属性。

名称 (Name)：用于定义线程名称，可读可写。

线程类别 (Daemon)：通过线程的 `setDaemon(boolean on)` 方法进行设置，为 true 表示设置为守护线程，否则为用户线程。用户线程会阻止 Java 虚拟机正常停止，守护线程则不会。通常可以把一些不重要的线程设置为守护线程，比如监控其他线程状态的监控线程，当其他工作线程停止后，虚拟机就可以正常退出。

优先级 (Priority)：Java 线程支持 1 到 10 十个优先级，默认值为 5 。Java 线程的优先级本质上只是给线程调度器一个提示信息，它并不能保证线程一定按照优先级的高低顺序运行，所以它是不可靠的，需要谨慎使用。在 Java 平台中，子线程的优先级默认与其父线程相同。

1.3 线程状态

Java 线程的生命周期分为以下五类状态：

RUNABLE：该状态包括两个子状态：READY 和 RUNING 。处于 READY 状态的线程被称为活跃线程，被线程调度器选中后才开始运行，转化为 RUNING 状态。

BLOCKED：一个线程发起一个阻塞式 IO 操作后（如文件读写或者阻塞式 Socket 读写），或者申请一个由其他线程持有的独占资源（比如锁）时，相应的线程就会处于该状态。

WAITING：线程处于无时间限制的等待状态。

TIMED_WAITING：有时间限制的等待状态，如果在指定时间内并没有执行的特定的操作，则该线程自动转换为 RUNABLE。

TERMINATED：`Thread.run()`正常返回或者由于抛出异常而提前终止，则对应的线程都会处于该终止状态。

各个状态之间的转换关系如下图：

1.4 线程终止

通常线程会随着代码的运行完成而终止，但如果你在线程中进行了死循环操作，此时就需要考虑如何安全地停止线程？虽然 Thread 类提供了 `stop()` 方法，但其已经被标识为废弃，因为 `stop()` 只是暴力的停止线程， 但此时线程中的操作仍可能处于中间状态，此时暴力地停止就可能会产生非预期的结果。想要安全的停止线程，可以通过改变终止标志位的方式来实现：

public class ThreadStop {

    private static volatile boolean stopFlag = true;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            while (stopFlag) {
                try {
                    Thread.sleep(100);
                    System.out.println("持续输出");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        thread.start();
        Thread.sleep(3 * 1000);
        stopFlag = false;
        System.out.println("线程终止");
    }
}

1.5  线程中断

除了终止线程外，JDK 中提供了以下方法用于实现线程中断：

Thread.interrupt() ：用于给目标线程设置中断标志位，但实际上并不能中断线程；

Thread.isInterrupted()：通过检查中断标志位，判断当前线程是否被中断；

Thread.interrupted()：用来判断当前线程的中断状态，同时会清除当前线程的中断标志位。

线程中断与线程终止的区别在于：线程中断只是告诉目标线程，我希望你停止运行，即设置标志位，而线程是否真的停止则是由其自行决定。示例如下：

/** 
 * interrupt() 只是设置中断标志位，并不能中断线程，所以子线程会持续打印
 */
public class J1_Interrupt {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            while (true) {
                System.out.println("子线程打印");
            }
        });
        thread.start();
        Thread.sleep(10);
        thread.interrupt();
    }
}


/**
 * isInterrupted() 用于检查当前线程是否存在中断标志位，配合interrupt()使用可以中断线程
 */
public class J2_IsInterrupted {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                System.out.println("子线程打印");
            }
        });
        thread.start();
        Thread.sleep(10);
        thread.interrupt();
    }
}

/**
 * interrupted() 用于判断当前线程的中断状态，并清除当前线程的中断标志位
 */
public class J3_Interrupted {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            // 此时由于标志位被清除，此时子线程依然会持续打印
            while (!Thread.interrupted() || !Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                System.out.println("子线程打印");
            }
        });
        thread.start();
        Thread.sleep(10);
        thread.interrupt();
    }
}

2. 基本概念

2.1 变量分类

状态变量 (State Variable) ：即类的实例变量，非共享的静态变量。

共享变量 (Shared Variable) : 即可以被多个线程共同访问的变量。

2.2  竞态

如果多个线程并发的操作共享变量，并且这些操作不全是只读操作，那么它们彼此之间就会存在竞争，这种状态就称为竞态。由于竞态的存在，此时可能存在一个类在单线程的环境下能够正常运转，但在多线程的环境下却运行出错，此时就称这个类是线程不安全的。

public class J1_ThreadUnsafe {

    private static int i = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        IncreaseTask task = new IncreaseTask();
        Thread thread1 = new Thread(task);
        Thread thread2 = new Thread(task);
        thread1.start();
        thread2.start();
        // 等待线程结束再打印返回值
        thread1.join();
        thread2.join();
        System.out.println(i); // 线程不安全，输出总是小于：200000
    }

    static class IncreaseTask implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            for (int j = 0; j < 100000; j++) {
                inc();
            }
        }

        private void inc() {
            i++;
        }
    }
}