JVM中的线程行为

JVM做了它想做的事情,那么如何预测线程执行的顺序呢?

线程化是指同时执行程序过程以提高应用程序性能的实践。虽然直接在业务应用程序中使用线程并不常见,但它们一直在Java框架中使用。

例如,处理大量信息的框架(如Spring Batch)使用线程来管理数据。同时操作线程或CPU进程可提高性能,从而实现更快,更高效的程序。

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获取此Java Challenger 的代码。你可以在按照示例操作时运行自己的测试。

找到你的第一个线程:Java的main()方法

即使你从未直接使用Java线程,你也间接使用它们,因为Java的main()方法包含一个主线程。无论何时执行该main()方法,你都执行了主线程。

学习Thread该类对于理解线程在Java程序中的工作方式非常有帮助。我们可以通过调用currentThread().getName()方法来访问正在执行的线程,如下所示:

public class MainThread {
 
 public static void main(String... mainThread) {
   System.out.println(Thread.currentThread().getName());
 }}

此代码将打印“main”,标识当前正在执行的线程。知道如何识别正在执行的线程是吸收线程概念的第一步。

Java线程生命周期

使用线程时,了解线程状态至关重要。Java线程生命周期包含六种线程状态:

· New:实例化了一个新的Thread()。

· Runnable:Thread的start()方法被调用。

· Running:start()已调用并且线程正在运行。

· Suspended:线程暂时挂起,可以由另一个线程恢复。

· Blocked:线程正在等待机会运行。当一个线程已经调用synchronized()方法,下一个线程必须等到它完成,就会发生这种情况。

· Terminated:线程执行完成。

图1. Java线程生命周期的六种状态

还有更多关于线程状态的探索和理解,但图1中的信息足以让你解决这个Java挑战。

并发处理:扩展Thread类

最简单的是,通过扩展Thread类来完成并发处理,如下所示。

public class InheritingThread extends Thread {
 
 InheritingThread(String threadName) {
 super(threadName);
 }
 
 public static void main(String... inheriting) {
 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running");
 
 new InheritingThread("inheritingThread").start();
 }
 
 @Override
 public void run() {
 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running");
 }}

在这里,我们运行两个线程:MainThread和InheritingThread。当我们使用new inheritingThread()调用方法start()时,将run()执行方法中的逻辑。

我们还在Thread类构造函数中传递第二个线程的名称,因此输出将是:

main is running. inheritingThread is running.

Runnable接口

你可以实现Runnable接口,而不是使用继承。通过Runnable在Thread构造函数内传递会导致更少的耦合和更大的灵活性。传递Runnable之后,我们可以start()像上一个示例中那样调用方法:

public class RunnableThread implements Runnable {
 
 public static void main(String... runnableThread) {
 System.out.println(Thread.currentThread().getName());
 
 new Thread(new RunnableThread()).start();
 }
 
 @Override
 public void run() {
 System.out.println(Thread.currentThread().getName());
 }}

非守护线程vs守护线程

在执行方面,有两种类型的线程:

· 非守护线程执行直到结束。主线程是非守护程序线程的一个很好的例子。main()除非System.exit()强制程序完成,否则代码将始终执行到最后。

· 守护线程是相反的,当所有非守护线程执行结束,那守护线程也退出了。

为了更好地理解守护和非守护线程的关系,请研究此示例:

import java.util.stream.IntStream;public class NonDaemonAndDaemonThread {
 
 public static void main(String... nonDaemonAndDaemon) throws InterruptedException {
 System.out.println("Starting the execution in the Thread " + Thread.currentThread().getName());
 
 Thread daemonThread = new Thread(() -> IntStream.rangeClosed(1, 100000)
 .forEach(System.out::println));
 
        daemonThread.setDaemon(true);
        daemonThread.start();
 
 Thread.sleep(10);
 
 System.out.println("End of the execution in the Thread " + 
 Thread.currentThread().getName());
 }}

在这个例子中,我使用了守护程序线程来声明1到100,000的范围,迭代所有这些,然后打印。但请记住,如果非守护进程的主线程首先完成,守护程序线程将无法完成执行。

输出将按如下方式进行:

1. 在主线程中开始执行。

2. 打印数字从1到100,000。

3. 主线程中的执行结束,很可能在迭代到100,000之前完成。

最终输出将取决于你的JVM实现。

这让我想到了下一点:线程是不可预测的。

线程优先级和JVM

可以使用该setPriority方法确定线程执行的优先级,但是如何处理它取决于JVM实现。Linux,MacOS和Windows都有不同的JVM实现,每个都将根据自己的默认值处理线程优先级。

但是,你设置的线程优先级确实会影响线程调用的顺序。在Thread类声明的三个常数是:

 /**
    * The minimum priority that a thread can have.
     */
 public static final int MIN_PRIORITY = 1;
 
 /**
     * The default priority that is assigned to a thread.
     */
 public static final int NORM_PRIORITY = 5;
 
 /**
     * The maximum priority that a thread can have.
     */
 public static final int MAX_PRIORITY = 10;

尝试对以下代码运行一些测试,以查看最终的执行优先级:

public class ThreadPriority {
 
 public static void main(String... threadPriority) {
 Thread moeThread = new Thread(() -> System.out.println("Moe"));
 Thread barneyThread = new Thread(() -> System.out.println("Barney"));
 Thread homerThread = new Thread(() -> System.out.println("Homer"));
 
        moeThread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        barneyThread.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
        homerThread.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
 
        homerThread.start();
        barneyThread.start();
        moeThread.start();
 }}

即使我们设置moeThread为MAX_PRIORITY,我们也不能指望首先执行此线程。相反,执行顺序将是随机的。

常数与枚举

这个Thread类是用Java 1.0引入的。那时,优先级是使用常量而不是枚举来设置的。但是,使用常量存在问题:如果我们传递的优先级数不在1到10的范围内,则该setPriority()方法将抛出IllegalArgumentException。今天,我们可以使用枚举来解决这个问题。使用枚举使得无法传递非法参数,这既简化了代码又使我们能够更好地控制其执行。

Java线程挑战!

你已经了解了一些关于线程的知识,但这对于这篇文章的Java挑战来说已经足够了。

首先,研究以下代码:

public class ThreadChallenge {
 private static int wolverineAdrenaline = 10;
 
 public static void main(String... doYourBest) {
 new Motorcycle("Harley Davidson").start();
 
 Motorcycle fastBike = new Motorcycle("Dodge Tomahawk");
        fastBike.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        fastBike.setDaemon(false);
        fastBike.start();
 
 Motorcycle yamaha = new Motorcycle("Yamaha YZF");
        yamaha.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
        yamaha.start();
 }
 
 static class Motorcycle extends Thread {
 Motorcycle(String bikeName) { super(bikeName); }
 
 @Override public void run() {
            wolverineAdrenaline++;
 if (wolverineAdrenaline == 13) {
    System.out.println(this.getName());
 }
 }
 }}

这段代码的输出是什么?分析代码并根据你学到的内容尝试确定自己的答案。

A. Harley Davidson B. Dodge Tomahawk C. Yamaha YZF D. Indeterminate

刚刚发生了什么?了解线程行为

在上面的代码中,我们创建了三个线程。第一个线程是Harley Davidson,我们为此线程分配了默认优先级。Dodge Tomahawk分配了第二个线程MAX_PRIORITY。第三是Yamaha YZF,与MIN_PRIORITY。然后我们启动了线程。

为了确定线程将运行的顺序,你可能首先注意到Motorcycle类扩展了Thread类,并且我们已经在构造函数中传递了线程名称。我们还用条件覆盖了run()方法:if wolverineAdrenaline is equals to 13。

即使它Yamaha YZF是我们执行顺序中的第三个线程,且MIN_PRIORITY不能保证它将在所有JVM实现的最后执行。

你可能还会注意到,在此示例中,我们将Dodge Tomahawk线程设置为daemon。因为它是一个守护程序线程,Dodge Tomahawk可能永远不会完成执行。但是其他两个线程默认是非守护进程,因此Harley Davidson和Yamaha YZF线程肯定会完成它们的执行。

总之,结果将是D:Indeterminate,因为无法保证线程调度程序将遵循我们的执行顺序或线程优先级。

请记住,我们不能依赖程序逻辑(线程或线程优先级的顺序)来预测JVM的执行顺序。

Java线程常见错误

  • · 调用该run()方法以尝试启动新线程。
  • · 试图启动一个线程两次(这将导致一个IllegalThreadStateException)。
  • · 允许多个进程在不应更改状态时更改对象的状态。
  • · 编写依赖于线程优先级的程序逻辑(你无法预测它)。
  • · 依赖于线程执行的顺序 - 即使我们首先启动一个线程,也不能保证它将首先被执行。

关于Java线程要记住什么

  • · 调用start()方法启动Thread。
  • · 可以直接扩展Thread类以使用线程。
  • · 可以在Runnable接口内实现线程动作。
  • · 线程优先级取决于JVM实现。
  • · 线程行为将始终取决于JVM实现。
  • · 如果非守护程序线程首先结束,则守护程序线程将无法完成。

Learn more about Java threads on JavaWorld

  • · Read the Java 101 threads series to learn more about threads and runnables, thread synchronization, thread scheduling with wait/notify, and thread death.
  • · Modern threading: A Java concurrency primer introduces java.util.concurrent and answers common questions for developers new to Java concurrency.
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原文发布于微信公众号 - 银河系1号(gh_19a1776ab1d8)

原文发表时间:2019-03-13

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