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【Java】了解线程 Thread 类的使用，如何创建、终止、等待一个线程以及获取线程的状态

news 来源：原创 2024/9/12 11:35:37

线程是什么

线程是操作系统中调度的基本单位，是比进程更小的执行单元。线程在进程内部运行，共享该进程的资源，如内存和文件句柄，但每个线程都有自己的执行栈和程序计数器。

线程的主要特点包括：

  1. 轻量级：线程相较于进程更加轻量，创建和销毁的开销较小。
  2. 共享资源：同一进程中的线程共享该进程的内存空间和资源，从而可以更高效地进行数据交换。
  3. 并发执行：多个线程可以并发执行，充分利用多核处理器，提高程序的执行效率。
  4. 简化管理：线程的切换和管理相对于进程更为简单和迅速，有助于提升系统的响应速度。

线程的使用在现代操作系统中非常普遍，尤其是在需要高并发和高性能的应用场景中，例如网络服务器和多任务应用程序等。

为什么要有线程

首先, "并发编程" 成为 "刚需"。

单核 CPU 的发展遇到了瓶颈. 要想提高算力, 就需要多核 CPU. 而并发编程能更充分利用多核 CPU资源。
有些任务场景需要 "等待 IO", 为了让等待 IO 的时间能够去做一些其他的工作, 也需要用到并发编
程。

其次, 虽然多进程也能实现 并发编程, 但是线程比进程更轻量。

  • 创建线程比创建进程更快.
  • 销毁线程比销毁进程更快.
  • 调度线程比调度进程更快.

创建出一个线程

在Java中，可以通过两种主要方式创建线程：继承Thread类和实现Runnable接口。下面分别介绍这两种方式，并附上代码示例。

方法一：继承 Thread 类

  1. 创建一个子类，继承Thread类，并重写run()方法，该方法包含了线程的执行代码。
  2. 创建子类的实例，然后调用start()方法来启动线程。

示例代码：

class MyThread extends Thread {@Overridepublic void run() {// 线程执行的代码for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println("Thread running: " + i);try {Thread.sleep(1000); // 暂停1秒} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}public class ThreadExample {public static void main(String[] args) {Thread thread = new MyThread(); // 创建线程对象thread.start(); // 启动线程}
}

方法二：实现 Runnable 接口

  1. 创建一个类，实现Runnable接口，并实现run()方法。
  2. 创建Runnable接口的实例，将其传递给Thread构造函数，然后调用start()方法启动线程。

示例代码：

class MyRunnable implements Runnable {@Overridepublic void run() {// 线程执行的代码for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println("Runnable thread running: " + i);try {Thread.sleep(1000); // 暂停1秒} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}public class RunnableExample {public static void main(String[] args) {MyRunnable myRunnable = new MyRunnable(); // 创建Runnable实例Thread thread = new Thread(myRunnable); // 将Runnable实例传递给Threadthread.start(); // 启动线程}
}

解析：

  • 在这两个示例中，我们创建了一个简单的线程，该线程在运行时每秒打印一次数字（0到4）。
  • 使用Thread.sleep(1000)使线程暂停1秒，这样可以模拟一些耗时的操作，也使得输出不至于淹没在快速的执行中。
  • 调用start()方法时，Java虚拟机会调用线程的run()方法，而不是直接调用run()。这保证了线程的正确启动和管理。

总结：

通过这两种方式，Java允许灵活地创建和管理线程，开发者可以根据具体需求选择适合的方式。继承Thread类比较直接，但实现Runnable接口则可以实现更灵活的线程管理和资源共享。

引入匿名内部类和 Lambda 简化上述方法

匿名内部类

方法一

public class ThreadExample {public static void main(String[] args) {Thread thread = new Thread() {// 线程执行的代码@Overridepublic void run() {// 线程执行的代码for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println("Runnable thread running: " + i);try {Thread.sleep(1000); // 暂停1秒} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}};thread.start();}
}

方法二

public class ThreadExample {public static void main(String[] args) {Thread thread = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {// 线程执行的代码for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println("Runnable thread running: " + i);try {Thread.sleep(1000); // 暂停1秒} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}});thread.start();}
}

   Lambda 表达式

public class ThreadExample {public static void main(String[] args) {Thread thread = new Thread(() -> {// 线程执行的代码for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println("Runnable thread running: " + i);try {Thread.sleep(1000); // 暂停1秒} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});thread.start();}
}

Lambda 表达式由于简洁，所以是日常开发中常用的方法。

查看线程

当我们创建好一个线程后如何查看线程的状态呢？

使用 jconsole 命令观察线程

我们打开 jdk 文件夹所在目录，找到 bin 文件夹。

找到 jconsole.exe 双击打开。

 

 选择我们的类名的选项，点击连接。

 连接好了后，选择线程，然后找到 Thread-0 这个就是我们手动创建的线程，我们可以查看该线程的运行情况。

 Thread 中常见的方法

Thread类是Java中用于创建和管理线程的重要类，提供了多种方法来控制线程的行为和状态。以下是一些常见的Thread类方法：

  1. **start()**：启动线程，JVM会调用线程的run()方法。

  2. **run()**：线程执行的代码逻辑所在的方法。可以被重写来定义线程的任务。

  3. **sleep(long millis)**：使当前线程暂停指定的时间（毫秒），在此期间线程不会执行。

  4. **join()**：等待调用该方法的线程完成后再继续执行。这是实现线程间的同步的一种方式。

  5. **interrupt()**：中断线程，设置线程的中断状态。如果该线程正在阻塞（例如在sleep()或wait()中），则会抛出InterruptedException。

  6. **isAlive()**：判断线程是否仍在运行中，返回true表示线程处于活动状态。

  7. **getName()**：返回线程的名称。

  8. **setName(String name)**：设置线程的名称。

  9. **getPriority()**：返回线程的优先级。

  10. **setPriority(int priority)**：设置线程的优先级，优先级范围为Thread.MIN_PRIORITY（1）到Thread.MAX_PRIORITY（10）。

  11. **yield()**：提示调度器当前线程愿意让出对 CPU 的占用，由其他同等或更高优先级的线程获得执行机会。

  12. **currentThread()**：静态方法，返回对当前正在执行的线程对象的引用。

示例：

以下是一个简单的代码示例，演示了部分常见方法的用法：

class MyThread extends Thread {@Overridepublic void run() {System.out.println(getName() + " is running");try {sleep(1000); // 暂停1秒} catch (InterruptedException e) {System.out.println(getName() + " was interrupted");}System.out.println(getName() + " has finished running");}
}public class ThreadMethodsExample {public static void main(String[] args) {MyThread thread1 = new MyThread();MyThread thread2 = new MyThread();thread1.setName("Thread-1");thread2.setName("Thread-2");thread1.start();thread2.start();try {thread1.join(); // 等待thread1完成thread2.join(); // 等待thread2完成} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("All threads have finished executing.");}
}

在这个示例中，我们创建了两个线程，设置了它们的名称，并演示了start()、sleep()和join()方法的使用。

如何中断一个线程

在Java中，手动中断一个线程的原理主要依赖于线程的 interrupt() 方法和线程的 isInterrupted() 状态。通过调用一个线程的 interrupt() 方法，可以设置该线程的中断状态为 true。这通常用于通知线程它应该停止当前的工作，并进行清理或其他的收尾操作。

当一个线程被中断后，如果该线程在阻塞状态（例如，等待输入、休眠等），则会抛出 InterruptedException。如果线程在其他执行状态中，通常需要在合适的位置检查该线程的中断状态，决定是否需要停止执行。

以下是一个简单的案例，展示如何手动中断一个线程：

示例代码

class MyRunnable implements Runnable {@Overridepublic void run() {try {System.out.println("线程开始工作...");// 模拟长时间工作的情况for (int i = 0; i < 10; i++) {// 检查线程是否被中断if (Thread.currentThread().isInterrupted()) {System.out.println("线程被中断，退出工作...");return; // 退出运行}System.out.println("工作中: " + i);// 模拟工作过程中的延时Thread.sleep(1000);}} catch (InterruptedException e) {// 如果线程因为sleep被中断，会抛出InterruptedExceptionSystem.out.println("线程被中断，捕获到异常: " + e.getMessage());} finally {System.out.println("线程清理工作，准备结束...");}}
}public class ThreadInterruptExample {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread myThread = new Thread(new MyRunnable());myThread.start();// 主线程等待2秒，然后中断myThreadThread.sleep(2000);System.out.println("主线程请求中断myThread...");myThread.interrupt(); // 中断线程// 等待myThread结束myThread.join();System.out.println("主线程结束。");}
}

代码解释

  1. MyRunnable 类实现 Runnable 接口并重写 run() 方法。
  2. 在 run() 方法中，模拟了一个长时间工作的循环，每次循环检查线程的中断状态。
  3. 如果线程被中断，可以通过 Thread.currentThread().isInterrupted() 方法来检测，并通过返回来优雅地退出工作。
  4. 在主线程中，创建并启动一个新线程，等待2秒后调用 interrupt() 方法中断它。
  5. 如果在 sleep() 等待期间线程被中断，InterruptedException 将被抛出，因此可以在 catch 块中进行相应处理。
  6. 最后，使用 join() 等待 myThread 完成所有操作后再结束主线程。

总结

通过这个案例，可以清晰地看到如何手动中断线程以及如何处理线程的中断状态。这种机制在多线程编程中非常重要，确保了线程可以在合适的时机响应中断请求，从而实现更好的资源管理和程序健壮性。

join 等待一个线程

在Java中，等待一个线程的原理主要依赖于 Thread 类中的 join() 方法。调用 join() 方法可以使当前线程（即调用 join() 的线程）等待另一个线程完成执行。原理是通过线程的状态管理，使得调用 join() 的线程在被调用线程执行完之前不会继续执行，确保线程之间的执行顺序。

示例代码

下面是一个简单的案例，展示如何等待一个线程的完成：

class MyRunnable implements Runnable {@Overridepublic void run() {System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 开始工作...");try {// 模拟长时间的工作Thread.sleep(2000); // 休眠2秒} catch (InterruptedException e) {System.out.println("线程被中断: " + e.getMessage());}System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 工作完成。");}
}public class ThreadJoinExample {public static void main(String[] args) {Thread myThread = new Thread(new MyRunnable(), "MyThread");myThread.start(); // 启动线程try {System.out.println("主线程等待 " + myThread.getName() + " 完成...");myThread.join(); // 等待 myThread 完成} catch (InterruptedException e) {System.out.println("主线程被中断: " + e.getMessage());}System.out.println("主线程继续执行，已等待 " + myThread.getName() + " 完成。");}
}

代码解释

  1. MyRunnable 类：实现 Runnable 接口并重写 run() 方法。在 run() 方法中，我们模拟了一个长时间的工作，使用 Thread.sleep(2000) 使线程休眠 2 秒。
  2. 主类 ThreadJoinExample：
    • 创建一个新的线程 myThread，并将 MyRunnable 实例作为参数传入。
    • 启动线程 myThread，这会调用其 run() 方法。
    • 在主线程中，调用 myThread.join()，这将使主线程等待 myThread 完成执行。
    • 一旦 myThread 执行完成，主线程将继续执行，并打印出相应的信息。

总结

通过这个案例，可以看到如何使用 join() 方法来等待线程的完成。这样可以有效地控制线程的执行顺序，确保在某些操作完成后再进行后续处理。例如，在多个线程之间需要协调工作时，使用 join() 使得某些操作依赖于另一个线程的完成，可以减少潜在的竞争和数据不一致问题。这种机制在多线程编程中非常重要，特别是在任务依赖的场景下。

获取线程的状态

在Java中，线程的状态主要有以下几种：

  1. NEW（新建）：当线程被创建但尚未开始运行时，处于此状态。
  2. RUNNABLE（可运行）：线程可以运行，也可能正在运行。这并不一定意味着线程正在执行，因为线程调度可能把该线程挂起。
  3. BLOCKED（阻塞）：线程在等待一个监视器锁时被阻塞，无法继续执行。
  4. WAITING（等待）：线程在等待另一个线程执行特定动作时进入此状态，如等待锁的释放。
  5. TIMED_WAITING（计时等待）：线程在等待特定时间段内的某个条件时进入此状态。
  6. TERMINATED（终止）：线程完成执行或因异常退出后进入此状态。

如何获取线程状态

可以使用 Thread 类的 getState() 方法来获取线程的当前状态。下面是一个示例代码，展示了如何创建线程并获取其状态：

public class ThreadStateExample {public static void main(String[] args) {Thread thread = new Thread(new MyRunnable());// 获取并打印状态：NEWSystem.out.println("Thread state after creation: " + thread.getState());thread.start();// 获取并打印状态：RUNNABLESystem.out.println("Thread state after starting: " + thread.getState());try {// 主线程等待一段时间以确保子线程有机会运行Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// 获取并打印状态：TERMINATEDSystem.out.println("Thread state after completion: " + thread.getState());}static class MyRunnable implements Runnable {@Overridepublic void run() {// 子线程正在运行try {// 模拟一些工作Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}

说明

  1. 创建线程：在创建 Thread 对象后，可以通过 getState() 获取其状态，初始状态为 NEW。
  2. 启动线程：调用 start() 方法后，线程状态可能变为 RUNNABLE。
  3. 等待：主线程通过 sleep() 方法等待，使子线程有机会执行。
  4. 观察状态：通过 getState() 方法可以随时获取线程的状态。

这种方式能够有效地跟踪线程的状态变化，以便在多线程编程中进行调试和控制。

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