Java多线程的理解

之前对操作系统和组成原理回顾了一下,又稍微理解了操作系统是怎样调度应用程序进程,以及CPU在这个过程中起到了什么作用。

在这里先以进程为引子,引出线程。

进程是操作系统能够看到的最小单位,也是就说,操作系统调度进程,把时间片分配给某个进程。如果这个进程在执行的时候阻塞了,比如他要执行I/O操作,那么他会执行系统调用,后面操作系统的代码会以内核态在CPU上执行,那么用户进程就处于阻塞状态了。

所谓阻塞,在用户看来就是"不可响应了",比如正在执行I/O操作,用户怎么点这个界面都没反应。对于一个应用来说,他可不想这么快就陷入阻塞态,所以,他希望在执行I/O操作的时候也不会陷入阻塞操作,那么在时间片内,该进程还是可以继续执行代码,同时呢,CPU也在内核态帮他执行I/O操作,这就需要线程的帮助了。

对进程来说,I/O操作必须是异步的,CPU执行了进程的I/O操作后,还必须执行后面的指令。

线程是由JVM实现的,对应着CPU看到的就是跳转指令,也就是另外一条执行流。用java代码开启一个新的线程,在底层就是开启一条新的执行流。

那么,现在应该怎么理解线程呢?对进程来说,他相当于一个异步任务,对CPU来说,他是另外一条指令流。

计算机是一层层实现的,上层的高级抽象的概念都是由底层实现的,如果CPU不能执行跳转指令,那么上层可能也就没有多线程的概念了。

线程的创建

线程在java中是一个Thread类,当Thread类被启动时,它执行Runnable接口中的run()方法。如果Thread类没有对应的Runnable对象,那么什么也不做。

线程的结束

创建线程的目的是为了执行异步任务,如果任务执行完了,或者中途取消了,那么线程应该停止执行任务,毕竟,创建Thread类是需要耗费资源的,而资源是有限的。

java并没有一种方法能够立刻是线程结束,而线程能不能中断,是有所执行的方法决定的,如sleep()方法,也就是该方法每次都会检查标志位,判断线程是否被中断,如果被中断,则抛出中断异常。

所以,中断线程实际上是给线程设置一个中断标志位,而中断方法回去检查这个标志位,如果该方法响应了该方法,则抛出中断异常,然后结束线程的执行;而有的中断方法,可能太过重要,可以忽视中断标志位,继续执行。这是对中断整体的理解,后面就是各个中断方法的不同处理了。

1.run()方法正常结束

当run()方法正常结束,那么Thread后面会被Java虚拟机回收。

2.手动设置“标志位”中断非阻塞状态的进程

 public void run() {
        while (!cancelled){
                //do something          
          }
 }
 
 问题:如果run方法中有阻塞方法,一旦陷入阻塞,如果条件得不到满足,那么"标志位"将永远不会得到检查,那么线程也就无法结束。

3.使用interrupt()中断非阻塞线程

如果run()方法中有阻塞方法,如wait,sleep方法,即使线程是阻塞状态,也会检查阻塞标志位,检测线程是否被阻塞,一旦阻塞标志位是true,则抛出InterruptedException异常。

interrupt()方法
一旦调用了该方法,相当于给线程设置了一个中断标志位,对于中断方法(如sleep),他们会主动检查这个标志位;而如果没有阻塞方法,我们需要手动去检查。
isInterrupted()会检查线程的中断标志位

while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
        //do something

}

4.使用interrupt()中断 阻塞线程

所谓阻塞线程,这里指线程执行了阻塞方法,如sleep()。   
当interrupt()方法被中断后,会设置该线程的中断标志位,如果线程此时处于阻塞状态(wait,sleep方法),则interrupt状态被清除,抛出InterruptedException异常;如果线程正常执行,将会设置中断位,线程正常执行,知道它执行了阻塞方法,抛出InterruptedException异常。

public void run() {   //注意try的位置
    while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
        System.out.println("Thread running...");
        try {
            /*
             * 如果线程阻塞,将不会去检查中断信号量stop变量,所 以thread.interrupt()
             * 会使阻塞线程从阻塞的地方抛出异常,让阻塞线程从阻塞状态逃离出来,并
             * 进行异常块进行 相应的处理
             */
            Thread.sleep(1000);// 线程阻塞,如果线程收到中断操作信号将抛出异常
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("Thread interrupted...");
            /*
             * 如果线程在调用 Object.wait()方法,或者该类的 join() 、sleep()方法
             * 过程中受阻,则其中断状态将被清除
             */
            System.out.println(this.isInterrupted());// false

            //中不中断由自己决定,如果需要真真中断线程,则需要重新设置中断位,如果
            //不需要,则不用调
            //如果这里不调用interrupt()方法,代码会接着执行
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }
    System.out.println("Thread exiting under request...");
}

中断I/O操作

在网络操作中,对于阻塞的判定是需要考虑很多的,比如你的请求时间,你的响应时间,如果请求时间很长,而网络信号可能不好,用户处于等待状态,那么此时是不能算作I/O阻塞的,同样的道理可以用于服务器响应。

对应到java语言中,实现了InterruptibleChannel接口的通道是可中断的,也就是说,实现了InterruptibleChannel的方法会主动去检测中断标志位,其逻辑和sleep()方法一样,只是抛出了ClosedByInterruptException异常。

不抛出InterruptedException异常的I/O阻塞方法

InputStream的read()方法

API里对read()方法的解释是,如果已经到达流末尾而没有可用的字节,则返回-1。在输入数据可用、检测到流末尾或者抛出异常前,此方法一直阻塞。而Socket在关闭之前是不会关闭流的,所以read()方法就不知道什么时候到达流末尾,就会一直阻塞。

解决办法:服务器在发送完数据后关闭输出流
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