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java多线程相关内容

news 来源：原创 2025/8/13 16:36:09

java线程创建的方式

一共有四种方式

继承 Thread 类：本质上是实现了 Runnable 接口的一个实例，代表一个线程的实例
- 启动线程的唯一方法就是通过 **Thread 类的 start()**实例方法。
- start()方法是一个 native 方法，它将启动一个新线程，并执行 run()方法
实现 Runnable 接口：如果自己的类已经 extends 另一个类，就无法直接 extends Thread，此时，可以实现一个 Runnable 接口。
ExecutorService、Callable、Future 有返回值线程：
- 有返回值的任务必须实现 Callable 接口，类似的，无返回值的任务必须实现 Runnable 接口
- 执行 Callable 任务后，可以获取一个 Future 的对象，在该对象上调用 get 就可以获取到 Callable 任务返回的 Object 了，再结合线程池接口 ExecutorService 就可以实现传说中有返回结果的多线程了。
基于线程池的方式：这篇博客

线程生命周期(状态)

新建状态（NEW）：程序使用 new 关键字创建了一个线程之后，此时仅由 JVM 为其分配内存，并初始化其成员变量的值
就绪状态（RUNNABLE）：当线程对象调用了 start()方法之后，Java 虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器，等待调度运行
运行状态（RUNNING）：如果处于就绪状态的线程获得了 CPU，开始执行 run()方法的线程执行体
在这里插入图片描述
阻塞状态（BLOCKED）：是指线程因为某种原因放弃了 cpu 使用权，也即让出了 cpu timeslice，暂时停止运行。

等待阻塞（o.wait->等待对列）：运行(running)的线程执行 o.wait()方法，JVM 会把该线程放入等待队列(waitting queue) 中。
同步阻塞(lock->锁池) ：运行(running)的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则 JVM 会把该线程放入锁池(lock pool)中。
其他阻塞(sleep/join)：运行(running)的线程执行 Thread.sleep(long ms)或 t.join()方法，或者发出了 I/O 请求时， JVM 会把该线程置为阻塞状态。
- 当 sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者 I/O 处理完毕时，线程重新转入可运行(runnable)状态

线程死亡（DEAD）：会以下面三种方式结束，结束后就是死亡状态

正常结束 ：run()或 call()方法执行完成，线程正常结束。
异常结束 ：线程抛出一个未捕获的 Exception 或 Error。
调用 stop ：直接调用该线程的 stop()方法来结束该线程—该方法通常容易导致死锁，不推荐使用。

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sleep 与 wait 区别

sleep是在Thread类定义的，wait是在Object类定义的
sleep挂起时，不释放锁资源，wait挂起时，会释放锁资源
- sleep()方法导致了程序暂停执行指定的时间，让出 cpu 给其他线程，但是他的监控状态依然保持者，当指定的时间到了又会自动恢复运行状态。
- 调用 sleep()方法的过程中，线程不会释放对象锁。
而当调用 wait()方法的时候，线程会放弃对象锁，进入等待此对象的等待锁定池，只有针对此对象调用 notify()方法后本线程才进入对象锁定池准备获取对象锁进入运行状态。

sleep能自动唤醒，wait有参数的方法能自动唤醒，但无参数的重载方法不能自动唤醒，需要使用notify/notifyAll进行手动唤醒
sleep一般不会产生死锁，但是wait可能会产生死锁

start 与 run 区别

start（）方法来启动线程，真正实现了多线程运行。这时无需等待 run 方法体代码执行完毕，可以直接继续执行下面的代码。

通过调用 Thread 类的 start()方法来启动一个线程，这时此线程是处于就绪状态，并没有运行。

方法 run()称为线程体，它包含了要执行的这个线程的内容，线程就进入了运行状态，开始运行 run 函数当中的代码。

Run 方法运行结束，此线程终止。然后 CPU 再调度其它线程

区别

场景	Start	Run
调用线程	新线程	当前线程
执行方式	异步执行	同步执行
多线程效果	启动新线程，并行执行任务	无新线程，代码顺序执行

线程基本方法

线程相关的基本方法有 wait，notify，notifyAll，sleep，join，yield 等。
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线程上下文切换

上下文切换：CPU 给每个任务都服务一定的时间，然后把当前任务的状态保存下来，在加载下一任务的状态后，继续服务下一任务，任务的状态保存及再加载, 这段过程就叫做上下文切换

引起线程上下文切换的原因

当前执行任务的时间片用完之后，系统 CPU 正常调度下一个任务；
当前执行任务碰到 IO 阻塞，调度器将此任务挂起，继续下一任务；
多个任务抢占锁资源，当前任务没有抢到锁资源，被调度器挂起，继续下一任务；
用户代码挂起当前任务，让出 CPU 时间；
硬件中断；

线程池

Java 线程池工作过程

线程池刚创建时，里面没有一个线程。任务队列是作为参数传进来的。不过，就算队列里面有任务，线程池也不会马上执行它们。
当调用 execute() 方法添加一个任务时，线程池会做如下判断：
1. 如果正在运行的线程数量小于 corePoolSize，那么马上创建线程运行这个任务；
2. 如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize，那么将这个任务放入队列；
  
  如果这时候队列满了，而且正在运行的线程数量小于 maximumPoolSize，那么还是要 创建非核心线程立刻运行这个任务；
当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行。
当一个线程无事可做，超过一定的时间（keepAliveTime）时，线程池会判断，
1. 如果当前运行的线程数大于 corePoolSize，那么这个线程就被停掉。
2. 所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到 corePoolSize 的大小

线程池具体的使用：这篇博客

阻塞队列

阻塞队列是一种线程安全的队列，主要用于多线程编程中，具有以下几个主要用途：

生产者-消费者模式：阻塞队列常用于实现生产者-消费者模型，生产者将数据放入队列，消费者从队列中取出数据。当队列满时，生产者会被阻塞，直到有空间可用；当队列空时，消费者会被阻塞，直到有数据可用。
任务调度：在任务调度系统中，阻塞队列可以用来存储待处理的任务，工作线程可以从队列中获取任务进行处理，确保任务的有序执行。
流量控制：在高并发场景中，阻塞队列可以帮助控制流量，防止系统过载。当请求量过大时，阻塞队列会自动阻塞新的请求，直到有处理能力。
资源共享：在多线程环境中，阻塞队列可以作为共享资源的缓冲区，确保数据的安全传递和处理。

通过使用阻塞队列，可以有效地管理线程之间的协作和资源共享，提高程序的稳定性和性能。

在阻塞队列中，线程阻塞有这样的两种情况：

当队列中没有数据的情况下，消费者端的所有线程都会被自动阻塞（挂起），直到有数据放入队列
当队列中填满数据的情况下，生产者端的所有线程都会被自动阻塞（挂起），直到队列中有空的位置，线程被自动唤醒

如何在两个线程之间共享数据

Java 里面进行多线程通信的主要方式就是共享内存的方式

共享内存主要的关注点有：可见性和有序性、原子性

这三个点，之前我们在这篇博客中有相关描述

Java 内存模型（JMM）解决了可见性和有序性的问题，而锁解决了原子性的问题
有以下常规实现方法：

将数据抽象成一个类，并将数据的操作作为这个类的方法
Runnable 对象作为一个类的内部类

ThreadLocal 作用（线程本地存储）

ThreadLocal，很多地方叫做线程本地变量，也有些地方叫做线程本地存储，
ThreadLocal 的作用是：提供线程内的局部变量，这种变量在线程的生命周期内起作用，减少同一个线程内多个函数或者组件之间一些公共变量的传递的复杂度

ThreadLocalMap（线程的一个属性）

每个线程中都有一个自己的 ThreadLocalMap 类对象，可以将线程自己的对象保持到其中，各管各的，线程可以正确的访问到自己的对象
将一个共用的 ThreadLocal 静态实例作为 key，将不同对象的引用保存（set()方法）到不同线程的 ThreadLocalMap 中，然后在线程执行的各处通过这个静态 ThreadLocal 实例的 get()方法取得自己线程保存的那个对象，避免了将这个对象作为参数传递的麻烦。
ThreadLocalMap 其实就是线程里面的一个属性

示例如下

private static final ThreadLocal threadSession = new ThreadLocal();public static Session getSession() throws InfrastructureException {Session s = (Session) threadSession.get();try {if (s == null) {s = getSessionFactory().openSession();threadSession.set(s);}} catch (HibernateException ex) {throw new InfrastructureException(ex);}return s;
}