JDK成長記10：Thread的基本原理和常見應(yīng)用場景，你都知道么？

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相信你經(jīng)過集合篇的成長，已經(jīng)對JDK源碼的學(xué)習(xí)輕車熟路了。接下來你將一起和我進(jìn)入后半篇的學(xué)習(xí)。讓我們開始吧！

在接下來10分鐘，你將學(xué)習(xí)到thread 的源碼原理、線程的狀態(tài)變化、線程的常用場景。

Thread基礎(chǔ)回顧

<div class="output_wrapper" id="output_wrapper_id" style="width:fit-content;font-size: 16px; color: rgb(62, 62, 62); line-height: 1.6; word-spacing: 0px; letter-spacing: 0px; font-family: 'Helvetica Neue', Helvetica, 'Hiragino Sans GB', 'Microsoft YaHei', Arial, sans-serif;"><h3 id="hdddd" style="width:fit-content;line-height: inherit; margin: 1.5em 0px; font-weight: bold; font-size: 1.3em; margin-bottom: 2em; margin-right: 5px; padding: 8px 15px; letter-spacing: 2px; background-image: linear-gradient(to right bottom, rgb(43,48,70), rgb(43,48,70)); background-color: rgb(63, 81, 181); color: rgb(255, 255, 255); border-left: 10px solid rgb(255,204,0); border-radius: 5px; text-shadow: rgb(102, 102, 102) 1px 1px 1px; box-shadow: rgb(102, 102, 102) 1px 1px 2px;"><span style="font-size: inherit; color: inherit; line-height: inherit; margin: 0px; padding: 0px;">Thread基礎(chǔ)回顧</span></h3></div>

什么是Thread?

Thread顧名思義，是線程。你應(yīng)該知道，一個java程序在操作系統(tǒng)上運(yùn)行，會啟動一個JVM進(jìn)程，具有一個進(jìn)程ID，這個進(jìn)程可以創(chuàng)建很多個線程。操作系統(tǒng)、程序、進(jìn)程、線程關(guān)系如下圖所示：

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運(yùn)行一個線程其實(shí)就是啟動一個執(zhí)行分支，執(zhí)行不同的事情，執(zhí)行分支時可以是阻塞的也可以是異步的。舉一個例子，假如你需要燒開水，還想玩手機(jī)。異步就是你燒開水的時候，可以玩手機(jī)，阻塞就是你就一直等著水燒開了，再開始玩手機(jī)。

創(chuàng)建線程Thread

創(chuàng)建線程的方式一般是2種。一種是繼承Thread重寫run方法，一種是實(shí)現(xiàn)Runnable或Callable接口之后,創(chuàng)建Thread。

當(dāng)然通過線程池也能說算是一種方式，但是底層還是上面的兩種方式之一，沒什么區(qū)別。

這里帶你回顧下，代碼如下：

代碼清單: LinkedListDemo創(chuàng)建LinkedList

public static void main(String[] args) {
       //創(chuàng)建線程1
      new Thread(()-> System.out.println(Thread.currentThread().getName()),"demo1").start();
       //創(chuàng)建線程2
      new Thread(new MyThread(),"demo2").start();
       //創(chuàng)建線程3
       ThreadFactory namedThreadFactory = new ThreadFactoryBuilder()
.setNameFormat("demo-pool-%d")
.build();
       ExecutorService singleThreadPool = new ThreadPoolExecutor(1, 1,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(1024),
namedThreadFactory,
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
       singleThreadPool.execute(()-> System.out.println(Thread.currentThread().getName()));
       singleThreadPool.shutdown();   
   }

   static class MyThread extends Thread{
       @Override
       public void run() {
          System.out.println(Thread.currentThread().getName());
       }
}

線程Thread的常用方法

相信這些方法你一定很熟悉了,這里就不過多贅述了。我想讓你掌握的重點(diǎn)是剖析線程如何在開源項(xiàng)目中的使用，從而更好的理解原理，更好的運(yùn)用線程，這個在成長記后面會給大家講解的。

  • start() 啟動一個線程

  • join() 加入一個線程

  • sleep() 線程休眠一陣子

  • isAlive() 線程是否存活

  • interupted() 標(biāo)記線程為中斷

  • sinterupted() 線程是否中斷

另外還有以下這些方法不經(jīng)常用，也不建議使用

destroy() 、stop()、 suspend()、 resume()、 yeild()

在開源項(xiàng)目和實(shí)際業(yè)務(wù)系統(tǒng)或者基礎(chǔ)架構(gòu)系統(tǒng)也是很少使用到的。

線程的狀態(tài)

線程中其實(shí)最重要的就是它的狀態(tài)流轉(zhuǎn)。這里直接給大家看一個圖，這個圖非常重要，對分析后面的源碼有很大幫助。大家一定要牢記于心，線程狀態(tài)圖如下所示：

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線程應(yīng)用場景舉例

<div class="output_wrapper" id="output_wrapper_id" style="width:fit-content;font-size: 16px; color: rgb(62, 62, 62); line-height: 1.6; word-spacing: 0px; letter-spacing: 0px; font-family: 'Helvetica Neue', Helvetica, 'Hiragino Sans GB', 'Microsoft YaHei', Arial, sans-serif;"><h3 id="hdddd" style="width:fit-content;line-height: inherit; margin: 1.5em 0px; font-weight: bold; font-size: 1.3em; margin-bottom: 2em; margin-right: 5px; padding: 8px 15px; letter-spacing: 2px; background-image: linear-gradient(to right bottom, rgb(43,48,70), rgb(43,48,70)); background-color: rgb(63, 81, 181); color: rgb(255, 255, 255); border-left: 10px solid rgb(255,204,0); border-radius: 5px; text-shadow: rgb(102, 102, 102) 1px 1px 1px; box-shadow: rgb(102, 102, 102) 1px 1px 2px;"><span style="font-size: inherit; color: inherit; line-height: inherit; margin: 0px; padding: 0px;">線程應(yīng)用場景舉例</span></h3></div>

當(dāng)你回顧了線程的基本知識，這來舉幾個例子。

在各個開源框架中，線程的應(yīng)用場景非常廣泛，這里給大家舉幾個例子，主要是為了，讓你明白下熟練掌握線程的重要性。之后的相關(guān)的成長記你會學(xué)到具體是怎么使用線程的細(xì)節(jié)的。

線程應(yīng)用舉例1 心跳和監(jiān)控時使用線程

在微服務(wù)系統(tǒng)中，經(jīng)常使用到的一個服務(wù)就是注冊中心。注冊中心簡單的講就是讓一個服務(wù)訪問另一個服務(wù)的時候，可以知道對方所有實(shí)例的地址，可以用來在調(diào)用的時候選擇。這就需要每個服務(wù)的實(shí)例要注冊自己的信息到一個公共的地方，這個地方就是注冊中心。

每個實(shí)例有一個客戶端用來和服務(wù)端通信，在Spring Cloud實(shí)現(xiàn)的微服務(wù)技術(shù)棧中，Eureka這個組件就充當(dāng)了注冊中心的作用。它的服務(wù)端Eureka-Server大量使用了一些Thread。這里我舉兩個場景，讓大家感受下Thread的應(yīng)用。

一個是場景，每個服務(wù)的實(shí)例需要發(fā)送心跳，告訴注冊中心自己還在線，服務(wù)還存活著。服務(wù)端通過一個線程來判斷，某個服務(wù)如果在一定時間內(nèi)不發(fā)送心跳了，就認(rèn)為它故障了，就會把它注冊中心剔除掉。如圖中藍(lán)色部分的圓圈所示。


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另一個是場景，Eureka server將每個服務(wù)實(shí)例注冊的信息放到了一個內(nèi)存map中，為了提高速度和并發(fā)能力，它設(shè)置了多個緩存，有寫緩存和讀緩存。Eureka client客戶端讀取的是讀緩存。什么時候?qū)懢彺鏀?shù)據(jù)刷入到讀緩存?就是通過一個后臺線程，每隔30秒從寫緩存刷新到讀緩存中。

客戶端也有一個后臺線程，每隔30秒會發(fā)起http請求，從服務(wù)端讀取注冊中心的數(shù)據(jù)。

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總之，在這個場景中，線程用于了心跳和監(jiān)控，是非常常見的場景。因?yàn)樵诤芏嚅_源項(xiàng)目中都是這樣做的，比如hdfs，zookeeper等等。

線程應(yīng)用舉例2 定時更新、保存、刪除數(shù)據(jù)

在MySQL、Redis、ES、HDFS、Zookeeper等等的開源項(xiàng)目中，都會有線程的概念，來定時保存數(shù)據(jù)，或者刷新磁盤，清理磁盤等等操作。

它們一般其實(shí)都很類似，都是保存到磁盤的一個就是操作日志，一個就是快照數(shù)據(jù)。

比如hdfs中的checkpoint線程，用來自動合并edit_log為fsImage、自動清除edit_log線程、比如mysql定時刷入bufferPool的數(shù)據(jù)到磁盤中的線程。比如Zookeeper保存WAL日志、或者mysql定時保存dump文件，redis的快照等等。

線程應(yīng)用舉例3 多線程提高處理速度和性能

比較典型的就是Storm、Flink、Spark分布式計(jì)算就是使用多線程計(jì)算提高性能，當(dāng)然還有MQ的多線程消費(fèi)，也是典型的多線程提高了處理性能。

這里不就不一一舉例了。有興趣的同學(xué)可以在評論區(qū)里寫下自己知道的開源項(xiàng)目中如何使用線程。

Thread源碼剖析

<div class="output_wrapper" id="output_wrapper_id" style="width:fit-content;font-size: 16px; color: rgb(62, 62, 62); line-height: 1.6; word-spacing: 0px; letter-spacing: 0px; font-family: 'Helvetica Neue', Helvetica, 'Hiragino Sans GB', 'Microsoft YaHei', Arial, sans-serif;"><h3 id="hdddd" style="width:fit-content;line-height: inherit; margin: 1.5em 0px; font-weight: bold; font-size: 1.3em; margin-bottom: 2em; margin-right: 5px; padding: 8px 15px; letter-spacing: 2px; background-image: linear-gradient(to right bottom, rgb(43,48,70), rgb(43,48,70)); background-color: rgb(63, 81, 181); color: rgb(255, 255, 255); border-left: 10px solid rgb(255,204,0); border-radius: 5px; text-shadow: rgb(102, 102, 102) 1px 1px 1px; box-shadow: rgb(102, 102, 102) 1px 1px 2px;"><span style="font-size: inherit; color: inherit; line-height: inherit; margin: 0px; padding: 0px;">Thread源碼剖析</span></h3></div>

回顧了線程的基本知識使用場景，接下來你需要了解下Thread的源碼，才能更好的理解它，使用它。

下面主要通過創(chuàng)建線程，啟動線程，線程狀態(tài)變化操作這幾個場景簡單摸一下Thread的源碼。

第一個場景：創(chuàng)建線程

newThread(

   ()-> System.out.println(Thread.currentThread().getName()),"demo1"

).start();

讓我們分析一下這行代碼,首先是new Thread，會進(jìn)入構(gòu)造函數(shù)。

public Thread(Runnabletarget) {
 
   init(null, target,"Thread-"+ nextThreadNum(), 0);
 
}

調(diào)用了init方法前，調(diào)用了nextThreadNum方法，生成了一個自增id，和Thread-+num 作為線程名字。

/* For autonumbering anonymous threads. */

private static intthreadInitNumber;

private static synchronized int nextThreadNum() {

  return threadInitNumber++;

}

上面源碼總結(jié)為下圖：

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默認(rèn)生成線程名字之后，調(diào)用4個參數(shù)的init方法，接著又繼續(xù)調(diào)用了6個參數(shù)的init方法。

private void init(ThreadGroupg, Runnable target,String name,
 
         long stackSize) {
 
   init(g, target, name, stackSize,null, true);
 
 }

這個init是創(chuàng)建線程核心的步驟我們來看下它的脈絡(luò)。

private void init(ThreadGroupg, Runnable target,String name,
 
         long stackSize, AccessControlContextacc,
 
         booleaninheritThreadLocals) {
 
   if(name ==null) {
 
     throw newNullPointerException("name cannot be null");
 
   }
 
 
 
   this.name = name;
 
 
 
   Thread parent= currentThread();
 
   SecurityManager security= System.getSecurityManager();
 
   if(g ==null) {
 
     if(security !=null) {
 
       g = security.getThreadGroup();
 
     }
 
     if(g ==null) {
 
       g = parent.getThreadGroup();
 
     }
 
   }
 
   g.checkAccess();
 
   if(security !=null) {
 
     if(isCCLOverridden(getClass())) {
 
       security.checkPermission(SUBCLASS_IMPLEMENTATION_PERMISSION);
 
     }
 
   }
 
 
 
   g.addUnstarted();
 
 
 
   this.group = g;
 
   this.daemon =parent.isDaemon();
 
   this.priority =parent.getPriority();
 
   if(security ==null || isCCLOverridden(parent.getClass()))
 
     this.contextClassLoader= parent.getContextClassLoader();
 
   else
 
     this.contextClassLoader=parent.contextClassLoader;
 
  this.inheritedAccessControlContext=
 
       acc !=null ? acc : AccessController.getContext();
 
   this.target = target;
 
   setPriority(priority);
 
   if(inheritThreadLocals && parent.inheritableThreadLocals!= null)
 
     this.inheritableThreadLocals=
 
       ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);
 
   /* Stash the specified stack size in case the VM cares */
 
   this.stackSize = stackSize;
 
 
 
   /* Set thread ID */
 
   tid= nextThreadID();
 
 }

上面的代碼從脈絡(luò)可以分為4點(diǎn)：

  1. 設(shè)置線程名稱，默認(rèn)是Thread+全局自增id
  2. 設(shè)置線程組 父線程默認(rèn)是當(dāng)前線程，默認(rèn)線程所屬組為父線程組
  3. 優(yōu)先級和是否是后臺線程 默認(rèn)和父線程相同
  4. 保存?zhèn)魅氲腞unnable或Callable的run方法

如下圖所示：

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這個線程創(chuàng)建的過程，你需要記住的核心點(diǎn)就是以下幾點(diǎn)：

創(chuàng)建你的線程，就是你的父線程

如果你沒有指定ThreadGroup，你的ThreadGroup就是父線程的ThreadGroup

你的daemon狀態(tài)默認(rèn)是父線程的daemon狀態(tài)

你的優(yōu)先級默認(rèn)是父線程的優(yōu)先級

如果你沒有指定線程的名稱，那么默認(rèn)就是Thread-0格式的名稱

你的線程id是全局遞增的，從1開始

第二個場景：啟動線程

當(dāng)創(chuàng)建了線程后，接著就是啟動線程了。你一定知道，thread啟動一個線程使用通過start方法。它的底層邏輯很簡單，代碼如下：

public synchronized void start() {
  if(threadStatus !=0)
    throw newIllegalThreadStateException();

  group.add(this);

  boolean started =false;

  try{
    start0();
    started =true;
  } finally{
    try{
      if(!started) {
        group.threadStartFailed(this);
      }
    } catch(Throwable ignore) {


    }
  }
}

還是來看下核心脈絡(luò)：

1、判斷線程狀態(tài)，不能重復(fù)啟動

2、放入線程組

3、調(diào)用一個native方法啟動線程，如果失敗從線程組中移除。

這個navive方法是C++實(shí)現(xiàn)的，具體我們不去研究了，你只要知道本質(zhì)是將線程交給CPU線程執(zhí)行調(diào)度器執(zhí)行，之后CPU會通過時間片的算法來執(zhí)行各個線程，就可以了。如下圖所示：

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啟動完成后，肯定會調(diào)用run方法，這里的run方法就是之前構(gòu)造函數(shù)保存的Runnable動的run方法。如果是繼承Thread方式創(chuàng)建的線程，這個run方法被重寫了，所以下面這段邏輯只是適用于Runnalbe或Callable方式創(chuàng)建的Thread。

@Override
 public void run() {
   if(target !=null) {
     target.run();
   }
 }

第三個場景：線程狀態(tài)變化操作

了解了創(chuàng)建線程和不知道你還記得之前的線程狀態(tài)圖么？怎么進(jìn)入到其他狀態(tài)呢？讓我們一起來看看狀態(tài)變化的一些線程操作。

一個線程創(chuàng)建時候是NEW啟動后變?yōu)镽unnable。之后怎么變?yōu)閃AITING呢？其實(shí)有很多種方法，我們這里講一個常用的方法join()。當(dāng)然調(diào)用Obejct.wait()或LockSupport.part()操作也會實(shí)現(xiàn)同樣的效果，這個我們的成長記后面會講到，大家不要著急。

顧名思義，join表示加入的意思。意思就是另一線程加入到執(zhí)行過程中，當(dāng)前線程需要等待加入的線程執(zhí)行完成才能繼續(xù)執(zhí)行。如下圖所示:

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接著我們看下如何進(jìn)入TimeWaiting狀態(tài)呢？其實(shí)也很簡單。你可以通過使用sleep方法來進(jìn)入這個狀態(tài)。sleep方法支持傳入等待時間。一般有兩種方式一個是直接傳入毫秒值比如 60 * 1000表示60秒，一個是可以通過TimeUnit這個工具傳遞時間。但是大多數(shù)開源項(xiàng)目為了靈活，使用的都是第一種方式，因?yàn)榈诙N方式限制了單位，如果需要修改的話，使用起來就不太靈活了。使用sleep的流程如下：

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如果你看sleep的源碼，發(fā)現(xiàn)就是一個native方法，底層肯定是通過C++代碼，通知CPU線程休眠一陣子。無論在Java線程模型還是CPU的線程模型，其實(shí)線程狀態(tài)的變化都是一樣的，其實(shí)線程的狀態(tài)的模型是一個抽象概念。

最后線程如何進(jìn)入Block狀態(tài)？其實(shí)是通過syncronized加鎖后，被阻塞的線程就會進(jìn)入block狀態(tài)。后面講到syncronized的時候詳細(xì)分析。這里就不過多說明了。

好了到這里，我們通過線程的核心的三個場景分析了thread的源碼原理。相信你對thread有了進(jìn)一步的認(rèn)識了，但是更重要的是，你要不斷的積累使用thread的場景，在合適的使用thread的方法。理解線程的狀態(tài)變化就顯得更為重要。

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