Java并发4 - 线程的基本操作-华为开发者话题

本篇讲解线程的基本概念，包括线程是什么、线程的API及使用规范。

线程的状态

JDK中线程有五种状态：初始状态NEW、可运行状态RUNNABLE、运行状态RUNNING、阻塞状态BLOCKED及终止状态TERMINATED。这五种状态的关系如下图：

初始状态：线程被创建，线程对象生成，即进入了初始状态NEW。这时只是生成了一个Java对象，操作系统还没有感知。
可运行状态：线程启动后，操作系统已经感知，进入操作系统的线程调度框架，可以被分配CPU；
运行状态：当有CPU空闲时，操作系统线程调度系统分配CPU，线程进入运行状态，开始执行run代码；
阻塞状态：线程在执行过程调用一个阻塞API或等待某个事件时，线程的状态会进入阻塞状态，释放CPU；当执行条件得到满足后，如阻塞API返回、等待事件发生，线程重新时入可运行状态，等待操作系统分配CPU；
终止状态：线程结束运行，有三种情况可能初线程结束：run终止正常退出、收到stop/interrupt调用终止、线程出现异常。

线程状态的切换

以上状态是从操作系统的角度看的实际运行状态，Java语言层面的实现与此略有差异，Java语言中线程一共有六种状态，分别是：

初始化状态 NEW;
可运行/运行状态 RUNNABLE；
阻塞状态 BLOCKED；
无限时等待状态 WAITING;
有限时等待状态 TIMED_WAITING；
终止状态 TERMINATED；

Java把OS的可运行与运行状态合一，因为这个语言层面上控制不了；把阻塞状态拆分成三种状态：BLOCKED、WAITING与TIMED_WAITING，对应不同阻塞场景。合并后的场景如下：

RUNNABLE与三种阻塞状态的转换

RUNNABLE到BLOCK状态

只有一种情况会触发这种转换，就是线程等待synchronized时。syncchronized修改的方法、代码同一时刻只允许一个线程执行，当有线程占用时，其他线程只能等待。当等待线程获取到synchronized隐式锁时，会切回到RUNNABLE状态。

需要注意的一个问题是，调用阻塞API时，如IO，Java线程对象的状态不会是BLOCKED。虽然实际上OS会将此线程休眠，等待再次调度。但Java语言层面上感知不到，也不用感知。

2. RUNNABLE到WAITING状态

有三种情况会让线程从RUNNABLE切换到WAITING状态：

线程获取synchronized后，调用了无参数的Object.wait()方法；这种情况会在“等待-通知机制”一节中详细说明；
线程执行时调用了其他线程的thread.join()方法，等待其他线程结束，再重新变为RUNABLE状态；
调用lockSupport.park()方法，这是底层方法，我们不会用到，不介绍；

3. RUNNABLE到TIMED_WAITING状态

到TIMED_WAITING与WAITING类似，只是多了一个time参数。具体来说有四种情况：

有超时参数的sleep，Thread.sleep(long);
有超时参数的wait，Object.wait(long);
有超时参数的join，Thread.join(long);
有超时参数的LockSupport（为了完整正确，我们不会用到的）；

基本的线程使用

线程的创建方法：Thread/Runnable

线程的创建有两种基本的方式：Thread对象与Runnable接口。使用Thread创建线程：

// 自定义线程对象
class MyThread extends Thread {
  public void run() {
    // 线程需要执行的代码
    ......
  }
}
// 创建线程对象
MyThread myThread = new MyThread();

使用Runnable创建线程：

// 实现 Runnable 接口
class Runner implements Runnable {
  @Override
  public void run() {
    // 线程需要执行的代码
    ......
  }
}
// 创建线程对象
Thread thread = new Thread(new Runner());

线程的启动方式

线程的启动只有一种方式，start方法：

MyThread myThread = new MyThread();
// 从 NEW 状态转换到 RUNNABLE 状态
myThread.start()；

线程的让渡方式：sleep/join/yield

让渡线程一般有三种方式：

sleep：这是Thread的静态方法，一定要带超时参数，表示执行sleep的线程进入TIMED_WAITING状态；
yield：也是Thread的静态方法，表示暂时让渡CPU，从OS层面上看，线程从运行状态到可执行状态，重试等时间片；
join：Thread的对象方法，在threadA的run中调用threadB.join，表示threadA等threadB执行结束。

线程的终止方法：stop/interrupt

调用stop方法可以直接终止线程，但此方法已经被标记为@Deprecated，生产环境上也不能使用。因为stop方式过于粗暴。直接清除线程对象，没给线程任何清理现场的机会。如获取了一个锁，还没有来得及释放，就stop了。那这个锁就再也没有机会释放了。这在生产环境上是不可以接受的。

interrupt就温和很多，interrupt方法通知线程需要中止了。线程收到这个通知，可以选择清理现场，结束任务，也可以选择继续执行（但是不建议）。

线程获取interrupt的方式两种，接收InterruptedException异常与主动查看interrupt标志位。一些阻塞操作会抛出InterruptedException，如wait()、join()、sleep()等。同时线程还提供了isInterrupted()方法，当执行线程的interrupted方法后，此方法返回true。

线程的使用规范

尽量不要直接创建线程
在实际的生产环境上，我们强烈建议不要直接使用线程，而要使用线程池的方式。有如下原因：
- 线程的创建与销毁，有巨大的消耗，线程池可以避免此问题；
- 线程是一种系统资源，使用线程池可以管控线程资源；
正确地启动线程，不要调用run

不要直接调用run方法，run只是一个方法，不会启动线程；

3. 正确地终止线程，不要调用stop

不要使用stop对线程进行终止，线程的正确终止方法会在后面详细介绍；

4. 不要使用yield方法做线程同步

yield是不可靠的，只是暂时让线程重新等待，下次什么时机执行是不可控制的。

总得来说，我们建议不要直接使用Thread的基础API，Java提供了更多高级的API、机制和工具实现并发的各种场景。线程基础API，是最后的选择。