从0开始理解并发、线程与等待通知机制(中)

线程启动与终止

• 线程启动方式
  • 继承Thread类并重写run()方法。
  • 实现Runnable接口并交给Thread执行。
• 线程终止方式
  • 不建议使用stop()方法，因其具有强制性，可能导致资源未正确释放。
  • 推荐使用中断机制：调用interrupt()方法，设置中断标志位。

线程生命周期详解

• 线程状态分类
  • 新建态（New）：线程对象创建但尚未启动。
  • 就绪态（Runnable）：线程等待CPU调度。
  • 运行态（Running）：线程正在执行。
  • 阻塞态（Blocked）：等待获取锁。
  • 等待态（Waiting）：无限期等待唤醒。
  • 超时等待（Timed Waiting）：有限时间内等待唤醒。
  • 终止态（Terminated）：线程执行完毕。
• 线程状态转换图解
  通过一张图清晰展示线程状态之间的转换关系。

线程调度机制：协同式与抢占式

• 协同式调度
  • 线程主动让出CPU使用权。
  • 缺点：可能导致其他线程“饿死”。
• 抢占式调度
  • 由操作系统决定何时让出CPU。
  • 优点：资源利用率更高，避免线程长期占用CPU。

Java线程实现模式

• 三种线程实现方式
  • 内核线程实现（1:1）：每个线程对应一个操作系统线程。
    • 优点：无需自行管理调度。
    • 缺点：系统调用开销大，线程数量受限。
  • 用户线程实现（N:1）：多个线程映射到一个操作系统线程。
    • 优点：线程切换快，开销低。
    • 缺点：缺乏操作系统支持，难以实现阻塞操作。
  • 混合实现（M:N）：用户线程与操作系统线程按比例映射。
    • 兼顾性能与调度灵活性。
• Java线程实现
  • Java早期采用用户线程实现。
  • JDK 1.2后改为内核线程实现（HotSpot VM）。
  • 线程优先级映射受操作系统限制，实际效果不明显。

协程（Coroutine）简介

• 协程定义
  协程是一种轻量级线程，由语言层面实现，也称为“用户线程”。
• 协程优势
  • 资源消耗低：单个协程仅占几百字节。
  • 支持大规模并发：数十万协程同时运行。
• 协程适用场景
  • IO密集型任务（如网络请求、文件读写）。
  • 不适用于计算密集型任务（协程切换成本低于线程，但在计算任务中无明显优势）。
• Java中的协程实现
  • 使用第三方库（如Kotlin协程、Quasar）。
  • JDK 19引入虚拟线程（预览版），未来将在JDK 21正式发布。

守护线程（Daemon Thread）

• 守护线程作用
  在后台执行支持性工作（如垃圾回收、信号监听）。
• 与非守护线程区别
  • 当所有非守护线程结束时，JVM自动退出，守护线程随之终止。
  • 守护线程不负责资源释放，不适合执行关键清理工作（如文件关闭、解锁）。

线程间通信与协调

• 线程间通信机制
  • Java提供管道流（PipedInputStream/PipedOutputStream）实现线程间数据传输。
  • 字节流处理二进制文件，字符流处理文本文件。
• 线程协作案例：顺序执行控制
  • 问题描述：确保T2在线程T1执行完后执行，T3在T2执行完后执行。
  • 解决方案：使用join()方法。

    java

    t1.start(); t1.join(); // T2等待T1执行完 t2.start(); t2.join(); // T3等待T2执行完 t3.start();

线程上下文切换与性能优化

• 线程上下文切换类型
  • 线程调度切换。
  • 系统调用切换（如IO读写、获取系统时间）。
  • 中断切换。
• 优化建议
  • 减少不必要的线程上下文切换。
  • 避免频繁系统调用（如减少System.currentTimeMillis()的使用）。
  • 使用异步日志输出等方式降低同步阻塞影响。

线程池配置建议

• 线程池大小配置原则
  • 计算密集型任务：线程数 ≈ CPU 核心数。
  • IO密集型任务：线程数 ≈ CPU 核心数 × 2（需根据具体测试调整）。