剑指JUC原理-2.线程

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• 系列专栏：Spring源码、JUC源码
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创建和运行线程

直接使用Thread

// 创建线程对象
Thread t = new Thread() {
 public void run() {
 // 要执行的任务
 }
};
// 启动线程
t.start();

--------------------------------------------------
    
// 构造方法的参数是给线程指定名字，推荐
Thread t1 = new Thread("t1") {
 @Override
 // run 方法内实现了要执行的任务
 public void run() {
 log.debug("hello");
 }
};
t1.start();

输出：
19:19:00 [t1] c.ThreadStarter - hello

使用Runnable配合Thread

其特点是：把“线程”和“任务”（要执行的代码）分开

Thread代表线程

Runnable代表可运行的任务（线程要执行的代码）

Runnable runnable = new Runnable() {
 public void run(){
 // 要执行的任务
 }
};
// 创建线程对象
Thread t = new Thread( runnable );
// 启动线程
t.start(); 

--------------------------------------------------
    
// 创建任务对象
Runnable task2 = new Runnable() {
 @Override
 public void run() {
 log.debug("hello");
 }
};
// 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐
Thread t2 = new Thread(task2, "t2");
t2.start();

输出：
19:19:00 [t2] c.ThreadStarter - hello

在java8以后，可以使用lambda来精简代码，快捷键是选中Runnable alt + enter

Runnable task2 = () -> log.debug("hello");
// 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐
Thread t2 = new Thread(task2, "t2");
t2.start();

之所以Runnable能使用lambda，主要是Runnable接口有@FunctionalInterface，该注解只允许存在一个接口方法。

Thread和Runnable的关系（源码）

通过定位源码发现 Runnable的实现方式，其实走的还是run方法，有Runnable的还是优先执行Runnable的run方法，而Thread本身的实现其实就是重写了run方法。

总结：

• Thread是把线程和任务合并在了一起，Runnable是把线程和任务分开了
• 用 Runnable 更容易与线程池等高级 API 配合
• 用 Runnable 让任务类脱离了 Thread 继承体系，更灵活

FutureTask配置Thread

FutureTask 能够接收 Callable 类型的参数，用来处理有返回结果的情况

// 创建任务对象
FutureTask<Integer> task3 = new FutureTask<>(() -> {
 log.debug("hello");
 return 100;
});
// 参数1 是任务对象; 参数2 是线程名字，推荐
new Thread(task3, "t3").start();
// 主线程阻塞，同步等待 task 执行完毕的结果
Integer result = task3.get();
log.debug("结果是:{}", result);

输出：
19:22:27 [t3] c.ThreadStarter - hello
19:22:27 [main] c.ThreadStarter - 结果是:100

FutureTask代码分析

其中get方法是一个主线程阻塞同步等待task执行完毕的结果

多线程同时执行

public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            while(true) {
                log.debug("running");
            }
        },"t1").start();
        new Thread(() -> {
            while(true) {
                log.debug("running");
            }
        },"t2").start();
    }

实际的输出结果是交替执行，谁先谁后并不由我们来控制，是由底层的任务调度器来决定的。

查看进行线程的方法

windows

任务管理器可以查看进程和线程数，也可以用来杀死进程

tasklist 查看所有进程

taskkill 进程号 杀死某个进程

java

jps 命令查看所有 Java 进程

jstack 查看某个 Java 进程（PID）的所有线程状态

linux

ps -fe 查看所有进程
ps -fT -p 查看某个进程（PID）的所有线程
kill 杀死进程
top 按大写 H 切换是否显示线程
top -H -p 查看某个进程（PID）的所有线程

线程运行之原理

栈与栈帧

Java Virtual Machine Stacks （Java 虚拟机栈）
我们都知道 JVM 中由堆、栈、方法区所组成，其中栈内存是给谁用的呢？其实就是线程，每个线程启动后，虚拟
机就会为其分配一块栈内存。

• 每个栈由多个栈帧（Frame）组成，对应着每次方法调用时所占用的内存
• 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法

以debug的方式来介绍栈帧

	public static void main(String[] args) {
        method1(10);
    }

    private static void method1(int x) {
        int y = x + 1;
        Object m = method2();
        System.out.println(m);
    }

    private static Object method2() {
        Object n = new Object();
        return n;
    }

我们对method1 打上断点进行debug

首先可以看到main先进入了栈帧中，其Variables中 有其参数

当继续进行的时候，此时method1进入栈帧，同时其Variables 包含其入参

继续执行，其Variables 包含其局部变量

继续执行，此时method2进入栈帧

然后是返回n

由于栈的数据结构是先进先出的，当执行完毕后，会对method2进行释放

以上就是栈帧的整个执行流程了。

图解线程流程

最开始是执行一个类加载，将类加载到java虚拟机中，加载的位置是将字节码放置在方法区

类加载完成后，java虚拟机就会启动一个main的主线程，给主线程分配一块栈内存，此时线程就交给任务调度器调度执行

如果cpu分配给我们的主线程了

虚拟机会给main方法分配一块栈帧内存

当然每个栈内存中还存在一个程序计数器的组件，它是每个线程私有的，记录了我当前该执行哪行代码，cpu就向程序计数器要 是什么

局部变量表其实是创建时其实就已经分配好了，不是运行到某行代码时才分配内存

其中method1栈帧中 x = 10，并且相应的语句也会逐渐的到程序计数器中

然后的流程其实就是和debug一样，逐层的释放掉了

多线程运行原理

public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                method1(20);
                // 断点模式 要选择 thread 不要选择 all
            }
        };
        t1.setName("t1");
        t1.start();
        method1(10);
    }

    private static void method1(int x) {
        int y = x + 1;
        Object m = method2();
        System.out.println(m);
    }

    private static Object method2() {
        Object n = new Object();
        return n;
    }

此时的断点模式要选择 Thread

其实本质上和单线程是一样的，不同点在于，每个线程都有一个自己私有的栈，每个栈里面还是个单线程一样，但是线程切换的话，会保存当前的操作。其实最本质的就是要理解，每个栈内存是相互独立的。

线程上下文切换

因为以下一些原因导致 cpu 不再执行当前的线程，转而执行另一个线程的代码

• 线程的 cpu 时间片用完
• 垃圾回收
• 有更高优先级的线程需要运行
• 线程自己调用了 sleep、yield、wait、join、park、synchronized、lock 等方法

当 Context Switch 发生时，需要由操作系统保存当前线程的状态，并恢复另一个线程的状态，Java 中对应的概念
就是程序计数器（Program Counter Register），它的作用是记住下一条 jvm 指令的执行地址，是线程私有的

• 状态包括程序计数器、虚拟机栈中每个栈帧的信息，如局部变量、操作数栈、返回地址等
• Context Switch 频繁发生会影响性能