线程生命周期、线程通讯

一、生命周期

有关线程生命周期就要看下面这张图，围绕这张图讲解它的方法的含义，和不同方法间的区别。

1、yield()方法

yield()让当前正在运行的线程回到就绪，以允许具有相同优先级的其他线程获得运行的机会。但是，实际中无法保证yield()达到让步的目的，因为，让步的线程可能被线程调度程序再次选中。

同时yield()不会放弃锁资源，所以有可能会出现死锁。

2、wait和sleep方法的区别

1）第一个很重要的区别就是，wait方法必须正在同步环境下使用，比如synchronized方法或者同步代码块。如果你不在同步条件下使用，会抛出IllegalMonitorStateException异常。另外，sleep方法不需要再同步条件下调用，你可以任意正常的使用。

2）第二个区别是，wait方法用于和定义于Object类的，而sleep方法操作于当前线程，定义在java.lang.Thread类里面。

3）第三个区别是，调用wait()的时候方法会释放当前持有的锁，而sleep方法不会释放任何锁。

3、wait和sleep方法使用场景

（1）wait方法定义在Object类里面，所有对象都能用到，一般wait()和notify()方法或notifyAll使用于线程间的通信。

（2）sleep()方法用于暂停当前线程的执行。

4、join方法（）

thread.Join把指定的线程加入到当前线程，可以将两个交替执行的线程合并为顺序执行的线程。

比如在线程B中调用了线程A的Join()方法，直到线程A执行完毕后，才会继续执行线程B。

这里有个待思考的案例？应该是自己对join没有理解透，留在以后再来回顾。

/*
 * 有关join第一个疑惑就是我在t2.join()后，发现它是无效的，同样还是交叉输出。
 */
class ThreadTesterA implements Runnable {

    private int counter;

    public void run() {
        while (counter <= 10) {
            System.out.print("Counter = " + counter + " ");
            counter++;
        }
        System.out.println();
    }
}
class ThreadTesterB implements Runnable {
    private int i;
    public void run() {
        while (i <= 10) {
            System.out.print("i = " + i + " ");
            i++;
        }
        System.out.println();
    }
}

public class ThreadTester {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(new ThreadTesterA());
        Thread t2 = new Thread(new ThreadTesterB());
        t1.start();
        t2.start();
        t2.join(); //无效
}
}

5、stop方法

线程启动完毕后,在运行可能需要终止,Java提供的终止方法只有一个stop,但是不建议使用此方法,因为它有以下三个问题:

1)stop方法是过时的。

从Java编码规则来说,已经过时的方式不建议采用.

2)stop方法会导致代码逻辑不完整

stop方法是一种"恶意" 的中断,一旦执行stop方法,即终止当前正在运行的线程,不管线程逻辑是否完整,这是非常危险的.

3)stop方法会破坏原子逻辑

多线程为了解决共享资源抢占的问题,使用了锁的概念,避免资源不同步,但是正是因为此原因,stop方法却会带来更大的麻烦,它会丢弃所有的锁,导致原子逻辑受损

二、线程通讯小案例

1、如何让两个线程依次执行？

题目：假设有两个线程，一个是线程 A，另一个是线程 B，两个线程分别依次打印 1-3 三个数字即可。我们希望 B 在 A 全部打印完后再开始打印。

关键方法：join()。

//题目：假设有两个线程，一个是线程 A，另一个是线程 B，我们希望 B 在 A 全部打印完后再开始打印。
public class TestJoin {
    public static void main(String[] args) {        
        demo2(); 
    }
    
    private static void demo2() {
        Thread A = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                printNumber("A");
            }
        });
        Thread B = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("B 开始等待 A");
                try {
                    A.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                printNumber("B");
            }
        });
        B.start();
        A.start();
    }
    
    private static void printNumber(String threadName) {
        int i=0;
        while (i++ < 3) {
            System.out.println(threadName + "print:" + i);
        }
    }
}
/*运行结果
 * B 开始等待 A
 * Aprint:1
 * Aprint:2
 * Aprint:3
 * Bprint:1
 * Bprint:2
 * Bprint:3
 */

2、如何让两个线程按照指定方式有序交叉运行呢？

题目：假设有两个线程，一个是线程 A，另一个是线程 B，两个线程分别依次打印 1-3 三个数字即可。我们希望 A和B交替打印

关键方法：wait()和notify()或者notifyAll()

public class Main {
    int i = 1;   //i和istrue作为多线程的共享数据
    boolean istrue = false;

    public static void main(String[] args) {
        Main main = new Main();
        ThreadA a = new ThreadA(main);
        ThreadB b = new ThreadB(main);
        Thread threada = new Thread(a);
        Thread threadb = new Thread(b);
        threada.start();
        threadb.start();

    }}

class ThreadA implements Runnable {
    Main main;

    public ThreadA(Main main) {
        this.main = main;
    }

    public void run() {
        while (main.i <= 10) {
            synchronized (main) { // 必须要用一把锁对象，这个对象是main
                if (!main.istrue) {
                    try {
                        main.wait(); // 操作wait()函数的必须和锁是同一个
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                } else {
                    System.out.println("奇数：" + main.i);
                    main.i++;
                    main.istrue = false;
                    main.notifyAll();
                }
            }}}}

class ThreadB implements Runnable {
    Main main;

    public ThreadB(Main main) {
        this.main = main;
    }

    public void run() {
        while (main.i <= 10) {
            synchronized (main) { // 必须要用一把锁对象，这个对象是main
                if (main.istrue) {
                    try {
                        main.wait(); // 操作wait()函数的必须和锁是同一个
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                } else {
                    System.out.println("偶数：" + main.i);
                    main.i++;
                    main.istrue = true;
                    main.notifyAll();
                }
            }}}}

//梳理下流程
//首先传入一个 A 和 B 共享的对象锁main;
//当 A 得到锁后，直接交出锁的控制权，进入 wait 状态；
//对 B 而言，由于 A 最开始得到了锁，导致 B 无法执行；直到 A 调用wait() 释放控制权后， B 才得到了锁，同时输出：偶数：1，同时notifyAll让A又到就绪状态
//接下来A和B都有可能获得cpu时间碎片，当 A 得到锁后，那么打印奇数：2，如果B又获得cpu时间片，那么它会进入wait状态。
//就这样来去循环，最终就是交叉打印运行。

运行结果

3、四个线程 A B C D，其中 D 要等到 A B C 全执行完毕后才执行，而且 A B C 是同步运行的。

关键对象：CountdownLatch对象

最开始我们介绍了 thread.join()，可以让一个线程等另一个线程运行完毕后再继续执行，那我们可以在 D 线程里依次 join A B C，不过这也就使得 A B C 必须依次执行，而我们要的是这三者能同步运行。
或者说，我们希望达到的目的是：A B C 三个线程同时运行，各自独立运行完后通知 D；对 D 而言，只要 A B C 都运行完了，D 再开始运行。针对这种情况，我们可以利用 CountdownLatch 来实现这类通信方式。

/*CountdownLatch基本用法是:
 * 1)创建一个计数器，设置初始值，CountdownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(3);
 * 2)在 等待线程 里调用 countDownLatch.await() 方法，进入等待状态，直到计数值变成 0；
 * 3)在 其他线程 里，调用 countDownLatch.countDown() 方法，该方法会将计数值减小 1；
 * 4)当 其他线程 的 countDown() 方法把计数值变成 0 时，等待线程 里的 countDownLatch.await() 立即退出，继续执行下面的代码。
 */

public class TestCountdownLatch {

    public static void main(String[] args) {
        runDAfterABC();
    }
    
    private static void runDAfterABC() {
        int worker = 3;
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(worker);
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("D开始工作前先等ABC工作完成");
                try {
                    
                    //因为worker初始值为3，所以在不等于0之前一直处于等待状态
                    countDownLatch.await();
                    System.out.println("ABC工作完成，D开始工作");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
        for (char threadName='A'; threadName <= 'C'; threadName++) {
            final String tN = String.valueOf(threadName);
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(tN + "正在工作.....");
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(tN + "完成工作......");
                    
                    //每调用一次worker值减一
                    countDownLatch.countDown();
                }
            }).start();
        }
    }    
}

运行结果：

4、三个运动员各自准备，等到三个人都准备好后，再一起跑

关键对象：CyclicBarrier

上面的 CountDownLatch 可以用来倒计数，但当计数完毕，只有一个线程的 await() 会得到响应，无法让多个线程同时触发。

为了实现线程间互相等待这种需求，我们可以利用 CyclicBarrier 数据结构。

/* CyclicBarrier 基本用法
 * 1)先创建一个公共 CyclicBarrier 对象，设置 同时等待 的线程数，CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3);
 * 2)这些线程同时开始自己做准备，自身准备完毕后，需要等待别人准备完毕，这时调用 cyclicBarrier.await(); 即可开始等待别人；
 * 3)当指定的 同时等待 的线程数都调用了 cyclicBarrier.await();时，意味着这些线程都准备完毕好，然后这些线程才 同时继续执行。
 */
public class CyclicBarrierTest {

    public static void main(String[] args) {
        runABCWhenAllReady();
    }
    
private static void runABCWhenAllReady() {
    int runner = 3;
    CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(runner);

    for (char runnerName='A'; runnerName <= 'C'; runnerName++) {
        final String rN = String.valueOf(runnerName);
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() { 
                try {
                    System.out.println(rN + " 已经准备好，等待其它线程准备");
                    cyclicBarrier.await(); // 当前运动员准备完毕，等待别人准备好
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(rN + "开始跑"); // 所有运动员都准备好了，一起开始跑
            }
        }).start();
    }
}
}

运行结果：

5、子线程完成某件任务后，把得到的结果回传给主线程

关键接口：Callable

public class CallableTest {

    public static void main(String[] args) {
        doTaskWithResultInWorker();
    }
    
private static void doTaskWithResultInWorker() {
    //看出 Callable 最大区别就是返回范型 V 结果
    Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {
        
        //这里需要重写call方法，而不是run方法
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            System.out.println("Task starts");
            Thread.sleep(1000);
            int result = 0;
            for (int i=0; i<=100; i++) {
                result += i;
            }
            return result;
        }
    };
    //Callable需要把对象放入FutureTask对象中，在把FutureTask对象放入Thread中，就可以启动一个线程
    FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);
    new Thread(futureTask).start();
    try {     
        System.out.println("Result: " + futureTask.get());
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    } }
}
/*输出结果：
 * Task starts
 * Result: 5050
 */

这里我们可以学到，通过 FutureTask 和 Callable 可以直接在主线程获得子线程的运算结果，只不过需要阻塞主线程。当然，如果不希望阻塞主线程，可以考虑利用 ExecutorService，把 FutureTask 放到线程池去管理执行。