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淺談Java線程的生命周期

編輯:關於JAVA

創建線程

在 Java 程序中創建線程有幾種方法。每個 Java 程序至少包含一個線程:主線程。其它線程都是通過 Thread 構造器或實例化繼承類 Thread 的類來創建的。

Java 線程可以通過直接實例化 Thread 對象或實例化繼承 Thread 的對象來創建其它線程。在線程基礎中的示例(其中,我們在十秒鐘之內計算盡量多的素數)中,我們通過實例化 CalculatePrimes 類型的對象(它繼承了 Thread),創建了一個線程。

當我們討論 Java 程序中的線程時,也許會提到兩個相關實體:完成工作的實際線程或代表線程的 Thread 對象。正在運行的線程通常是由操作系統創建的;Thread 對象是由 Java VM 創建的,作為控制相關線程的一種方式。

創建線程和啟動線程並不相同

在一個線程對新線程的 Thread 對象調用 start() 方法之前,這個新線程並沒有真正開始執行。Thread 對象在其線程真正啟動之前就已經存在了,而且其線程退出之後仍然存在。這可以讓您控制或獲取關於已創建的線程的信息,即使線程還沒有啟動或已經完成了。

通常在構造器中通過 start() 啟動線程並不是好主意。這樣做,會把部分構造的對象暴露給新的線程。如果對象擁有一個線程,那麼它應該提供一個啟動該線程的 start() 或 init() 方法,而不是從構造器中啟動它。(請參閱參考資料,獲取提供此概念更詳細說明的文章鏈接。)

結束線程

線程會以以下三種方式之一結束:

線程到達其 run() 方法的末尾。

線程拋出一個未捕獲到的 Exception 或 Error。

另一個線程調用一個棄用的 stop() 方法。棄用是指這些方法仍然存在,但是您不應該在新代碼中使用它們,並且應該盡量從現有代碼中除去它們。

當 Java 程序中的所有線程都完成時,程序就退出了。

加入線程

Thread API 包含了等待另一個線程完成的方法:join() 方法。當調用 Thread.join() 時,調用線程將阻塞,直到目標線程完成為止。

Thread.join() 通常由使用線程的程序使用,以將大問題劃分成許多小問題,每個小問題分配一個線程。本章結尾處的示例創建了十個線程,啟動它們,然後使用 Thread.join() 等待它們全部完成。

調度

除了何時使用 Thread.join() 和 Object.wait() 外,線程調度和執行的計時是不確定的。如果兩個線程同時運行,而且都不等待,您必須假設在任何兩個指令之間,其它線程都可以運行並修改程序變量。如果線程要訪問其它線程可以看見的變量,如從靜態字段(全局變量)直接或間接引用的數據,則必須使用同步以確保數據一致性。

在以下的簡單示例中,我們將創建並啟動兩個線程,每個線程都打印兩行到 System.out:

public class TwoThreads {
   public static class Thread1 extends Thread {
     public void run() {
       System.out.println("A");
       System.out.println("B");
     }
   }
   public static class Thread2 extends Thread {
     public void run() {
       System.out.println("1");
       System.out.println("2");
     }
   }
   public static void main(String[] args) {
     new Thread1().start();
     new Thread2().start();
   }
}

我們並不知道這些行按什麼順序執行,只知道“1”在“2”之前打印,以及“A”在“B”之前打印。輸出可能是以下結果中的任何一種:

1 2 A B

1 A 2 B

1 A B 2

A 1 2 B

A 1 B 2

A B 1 2

不僅不同機器之間的結果可能不同,而且在同一機器上多次運行同一程序也可能生成不同結果。永遠不要假設一個線程會在另一個線程之前執行某些操作,除非您已經使用了同步以強制一個特定的執行順序。

休眠

Thread API 包含了一個 sleep() 方法,它將使當前線程進入等待狀態,直到過了一段指定時間,或者直到另一個線程對當前線程的 Thread 對象調用了 Thread.interrupt(),從而中斷了線程。當過了指定時間後,線程又將變成可運行的,並且回到調度程序的可運行線程隊列中。

如果線程是由對 Thread.interrupt() 的調用而中斷的,那麼休眠的線程會拋出 InterruptedException,這樣線程就知道它是由中斷喚醒的,就不必查看計時器是否過期。

Thread.yield() 方法就象 Thread.sleep() 一樣,但它並不引起休眠,而只是暫停當前線程片刻,這樣其它線程就可以運行了。在大多數實現中,當較高優先級的線程調用 Thread.yield() 時,較低優先級的線程就不會運行。

CalculatePrimes 示例使用了一個後台線程計算素數,然後休眠十秒鐘。當計時器過期後,它就會設置一個標志,表示已經過了十秒。

守護程序線程

我們提到過當 Java 程序的所有線程都完成時,該程序就退出,但這並不完全正確。隱藏的系統線程,如垃圾收集線程和由 JVM 創建的其它線程會怎麼樣?我們沒有辦法停止這些線程。如果那些線程正在運行,那麼 Java 程序怎麼退出呢?

這些系統線程稱作守護程序線程。Java 程序實際上是在它的所有非守護程序線程完成後退出的。

任何線程都可以變成守護程序線程。可以通過調用 Thread.setDaemon() 方法來指明某個線程是守護程序線程。您也許想要使用守護程序線程作為在程序中創建的後台線程,如計時器線程或其它延遲的事件線程,只有當其它非守護程序線程正在運行時,這些線程才有用。

示例:用多個線程分解大任務

在這個示例中,TenThreads 顯示了一個創建了十個線程的程序,每個線程都執行一部分工作。該程序等待所有線程全部完成,然後收集結果。

/**
* Creates ten threads to search for the maximum value of a large matrix.
* Each thread searches one portion of the matrix.
*/
public class TenThreads {
   private static class WorkerThread extends Thread {
     int max = Integer.MIN_VALUE;
     int[] ourArray;
     public WorkerThread(int[] ourArray) {
       this.ourArray = ourArray;
     }
     // Find the maximum value in our particular piece of the array
     public void run() {
       for (int i = 0; i < ourArray.length; i++)
         max = Math.max(max, ourArray[i]);
     }
     public int getMax() {
       return max;
     }
   }
   public static void main(String[] args) {
     WorkerThread[] threads = new WorkerThread[10];
     int[][] bigMatrix = getBigHairyMatrix();
     int max = Integer.MIN_VALUE;
     // Give each thread a slice of the matrix to work with
     for (int i=0; i < 10; i++) {
       threads[i] = new WorkerThread(bigMatrix[i]);
       threads[i].start();
     }
     // Wait for each thread to finish
     try {
       for (int i=0; i < 10; i++) {
         threads[i].join();
         max = Math.max(max, threads[i].getMax());
       }
     }
     catch (InterruptedException e) {
       // fall through
     }
     System.out.println("Maximum value was " + max);
   }
}

小結

就象程序一樣,線程有生命周期:它們啟動、執行,然後完成。一個程序或進程也許包含多個線程,而這些線程看來互相單獨地執行。

線程是通過實例化 Thread 對象或實例化繼承 Thread 的對象來創建的,但在對新的 Thread 對象調用 start() 方法之前,這個線程並沒有開始執行。當線程運行到其 run() 方法的末尾或拋出未經處理的異常時,它們就結束了。

sleep() 方法可以用於等待一段特定時間;而 join() 方法可能用於等到另一個線程完成。

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