線程的3種實現方式並深刻源碼簡單分析實現原理

前言

本文介紹下線程的3種實現方式並深刻源碼簡單的闡述下原理
複製代碼

三種實現方式

Thread

Runnable

Callable&Future

深刻源碼簡單刨析

Thread

Thread類實現了Runnable接口
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枚舉類 State

JVM中的線程必須只能是以上6種狀態的一種。這些狀態是JVM狀態並不能和操做系統線程狀態互相映射
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• NEW

線程剛建立，還未執行（start方法）
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• RUNNABLE

已就緒可運行的狀態。
處於此狀態的線程是正在JVM中運行的， 但可能在等待操做系統級別的資源，例如CPU時間片 複製代碼

• BLOCKED

阻塞等待監視器鎖
處於此狀態的線程正在阻塞等待監視器鎖， 以進入一個同步塊/方法， 或者在執行完wait()方法後重入同步塊/方法 複製代碼

• WAITING

等待
執行完Object.wait無超時參數操做， 或者 Thread.join無超時參數操做（進入等待指定的線程執行結束）， 或者 LockSupport.park操做後，線程進入等待狀態。 通常在等待狀態的線程在等待其它線程執行特殊操做， 例如：等待另其它線程操做Object.notify()喚醒或者Object.notifyAll()喚醒全部。 複製代碼

• TIMED_WAITING

限時等待
Thread.sleep、Object.wait帶超時時間、 Thread.join帶超時時間、 LockSupport.parkNanos、 LockSupport.parkUntil這些操做會時線程進入限時等待 複製代碼

• TERMINATED

終止，線程執行完畢
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線程狀態流轉

JVM 線程狀態流轉圖

注意：不要混淆操做系統線程狀態和java線程狀態。JVM中的線程必須只能是以上6種狀態的一種！RUNNABLE = 正在JVM中運行的（Running）+ 可能在等待操做系統級別的資源（Ready）例如CPU時間片

• 線程建立以後，不會當即進入就緒狀態，由於線程的運行須要一些條件（好比內存資源），

• 只有線程運行須要的全部條件知足了，才進入就緒狀態。

• 當線程進入就緒狀態後，不表明馬上就能獲取CPU執行時間，也許此時CPU正在執行其餘的事情，所以它要等待。

• 當獲得CPU執行時間以後，線程便真正進入運行狀態。

• 線程在運行狀態過程當中，可能有多個緣由致使當前線程不繼續運行下去，好比用戶主動讓線程睡眠（睡眠必定的時間以後再從新執行）、用戶主動讓線程等待，或者被同步塊給阻塞，此時就對應着多個狀態：time waiting（睡眠或等待必定的事件）、waiting（等待被喚醒）、blocked（阻塞）。

• 當因爲忽然中斷或者子任務執行完畢，線程就會被消亡。

關鍵屬性

• name

表示Thread的名字，
能夠經過Thread類的構造器中的參數來指定線程名字 複製代碼

• priority

線程的優先級（最大值爲10，最小值爲1，默認值爲5）
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• daemon

線程是不是守護線程，若是在main線程中建立了一個守護線程，當main方法運行完畢以後，守護線程也會隨着消亡。在JVM中，垃圾收集器線程就是守護線程
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• target

要執行的任務
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• group

線程羣組
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關鍵方法

• start

start()用來啓動一個線程，當調用start方法後，系統纔會開啓一個新的線程來執行用戶定義的子任務，在這個過程當中，會爲相應的線程分配須要的資源
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• run

run()方法是不須要用戶來調用的，當經過start方法啓動一個線程以後，當線程得到了CPU執行時間，便進入run方法體去執行具體的任務。注意，繼承Thread類必須重寫run方法，在run方法中定義具體要執行的任務
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• sleep

有2個重載版本

public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;
 public static void sleep(long millis, int nanos) throws InterruptedException; 複製代碼

sleep讓線程睡眠，交出CPU，讓CPU去執行其餘的任務。
sleep方法不會釋放鎖，也就是說若是當前線程持有對某個對象的鎖， 則即便調用sleep方法，其餘線程也沒法訪問這個對象。 sleep方法至關於讓線程進入阻塞狀態。 複製代碼

• yield

調用yield方法會讓當前線程交出CPU權限，讓CPU去執行其餘的線程。
它跟sleep方法相似，一樣不會釋放鎖。 可是yield不能控制具體的交出CPU的時間， 另外，yield方法只能讓擁有相同優先級的線程有獲取CPU執行時間的機會。  注意，調用yield方法並不會讓線程進入阻塞狀態， 而是讓線程重回就緒狀態，它只須要等待從新獲取CPU執行時間， 這一點是和sleep方法不同的。 複製代碼

• join

有三個重載版本

join()
join(long millis) //參數爲毫秒 join(long millis,int nanoseconds) //第一參數爲毫秒，第二個參數爲納秒  能夠看出，當調用thread.join()方法後，main線程會進入等待，而後等待thread執行完以後再繼續執行  複製代碼

join方法實際上調用的是Object的wait方法
wait方法會讓線程進入阻塞狀態，而且會釋放線程佔有的鎖，並交出CPU執行權限。 複製代碼

• interrupt

nterrupt，中斷。
單獨調用interrupt方法可使得處於阻塞狀態的線程拋出一個異常， 也就說，它能夠用來中斷一個正處於阻塞狀態的線程 複製代碼

• stop

stop方法已是一個廢棄的方法，它是一個不安全的方法。
由於調用stop方法會直接終止run方法的調用，而且會拋出一個ThreadDeath錯誤， 若是線程持有某個對象鎖的話，會徹底釋放鎖，致使對象狀態不一致。 因此stop方法基本是不會被用到的。 複製代碼

Runnable

函數式編程 FunctionInterface

該註解不是必須的，若是一個接口符合"函數式接口"定義，那麼加不加該註解都沒有影響。
加上該註解可以更好地讓編譯器進行檢查。 若是編寫的不是函數式接口，可是加上了@FunctionInterface，那麼編譯器會報錯 複製代碼

// 正確的函數式接口
@FunctionalInterface public interface TestInterface {   // 抽象方法  public void sub();   // java.lang.Object中的public方法  public boolean equals(Object var1);   // 默認方法  public default void defaultMethod(){   }   // 靜態方法  public static void staticMethod(){   } }  // 錯誤的函數式接口(有多個抽象方法) @FunctionalInterface public interface TestInterface2 {   void add();   void sub(); } 複製代碼

方法修飾符 default

目的是讓接口能夠擁有具體的方法，讓接口內部包含了一些默認的方法實現
 若是一個類、類屬變量及方法沒有用任何修飾符 (即沒有用public、protected及private中任何一種修飾） 則其訪問權限爲default（默認訪問權限） 複製代碼

Callable&Future

Callable

Future

• cancel(boolean mayInterruptIfRunning)

取消任務
參數:是否當即中斷任務執行，或者等等任務結束 複製代碼

• isCancelled()

任務是否已經取消，若已取消，返回true
 若計算尚未開始，它被取消且再也不開始。 若計算處於運行之中，那麼若是mayInterrupt參數爲true，它就被中斷。 複製代碼

• isDone()

任務是否已經完成。包括任務正常完成、拋出異常或被取消，都返回true
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• V get() throws InterruptedException, ExecutionException

等待任務執行結束，得到V類型的結果。
InterruptedException: 線程被中斷異常， ExecutionException: 任務執行異常， 若是任務被取消，還會拋出CancellationException 複製代碼

• V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException

參數timeout指定超時時間，uint指定時間的單位，在枚舉類TimeUnit中有相關的定義。
若是計算超時，將拋出TimeoutException  設置了超時時間能夠防止程序無限制的等待future的返回結果 複製代碼

線程池

核心類

Executor

Executor類族是基於生產者-消費者思想設計的，
提交任務至關於生產者生產任務， 而執行任務至關於消費者消費任務 複製代碼

ExecutorService

繼承Executor 添加了一些用於生命週期管理的方法
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• shutdown()

將執行平緩的關閉過程:再也不接受新的任務，而且等待已經提交的任務完成
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• shutdownNow()

表示當即關閉
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• isShutdown和isTerminated

判斷是否關閉或者終止
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• 三個submit

用於提交的任務，能夠用Runnable做爲任務，也能夠用Callable做爲任務
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• 工廠類Executors

用於建立線程池
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一、newFixedThreadPool

固定長度線程池
每當提交任務建立一個線程，直到線程池的最大數量， 該方法返回的是ExecutorService對象，能夠看出該方法調用了ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>())，其中  第一個參數表示核心線程數，即初始化建立的線程數； 第二個參數是若是最大線程數，即當任務比較多的時候，會自動增長線程數，但不得超過該值； 第三個參數表示等待時間，當超過該時間線程沒收到任務則會收回線程； 第四個參數是第三個參數的單位； 最後一個參數是一個阻塞隊列，用於存放工做任務  複製代碼

二、newSingleThreadExecutor

單線程，這裏調用了Executors工廠類的靜態方法newSingleThreadExecutor，
建立ThreadPoolExecutor對象時，將線程數限制在1便可。 其它如固定長度線程池，只不過是最多隻有一個線程工做 複製代碼

三、newCachedThreadPool

建立一個可緩存的線程池，
若是線程池規模過大，回收空閒線程， 若是需求增長，則添加新的線程。 返回的是 new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,60L, TimeUnit.SECONDS,new SynchronousQueue<Runnable>()); 從返回的對象能夠看出，線程初始值是0，最大值是Integer.MAX_VALUE,因此可以使得線程數是動態變化的。 複製代碼

四、newScheduledThreadPool

建立固定長度的線程池，以延遲或定時的方式來執行任務，返回ScheduledThreadPoolExecutor對象
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經過以上四種靜態方法構造的線程池中，主要涉及到兩個線程池類，一個是ScheduledThreadPoolExecutor，一個是ThreadPoolExecutor

a、ScheduledThreadPoolExecutor

b、ThreadPoolExecutor

小結

Executor爲了解決多線程任務調度的問題，能夠合理平衡系統吞吐量與內存管理。
Executor是一個最頂層的接口，爲了更好管理Executor的生命週期， 便擴展了ExceutorService接口，該類有具體實現類ThreadPoolExecutor和ScheduledExecutorService。 並經過工廠類Executors的幾個靜態方法來建立不一樣功用的線程池 複製代碼

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