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• 1. Java线程
• 2. 生命周期
  • 2.1. 创建
  • 2.2. 控制
    • 2.2.1. yield
    • 2.2.2. join
    • 2.2.3. interrupt
    • 2.2.4. Signal
  • 2.3. 销毁
    • 2.3.1. 观测异常
• 3. ThreadLocal
  • 3.1. Hook
  • 3.2. 优雅关机
• 4. CompletableFuture
• 5. 线程池
• 6. 协程
  • 6.1. Quasar
  • 6.2. Virtual Threads

💠 2024-09-13 10:39:04

Java线程

个人学习代码

Java并发 当开始使用多线程时，就要开始考虑并发安全了

• 码农翻身:我是一个线程 | 码农翻身:编程世界的那把锁 | 码农翻身:加锁还是不加锁，这是一个问题

参考: 面试官:Java如何绑定线程到指定CPU上执行?
Thread Affinity底层优化选项：更多复用缓存以及减少线程的上下文切换

还可以将应用做强定制化，网卡绑定CPU，计算绑定CPU。能避免调度开销，但同时这是双刃剑，资源没有经过操作系统统一调度无法做到资源的有效共享。类似于虚拟化和物理机的一种权衡，虚拟化可以让资源共享，但是降低了CPU执行效率。物理机可以独占CPU，没法让CPU资源充分利用。

生命周期

参考博客 | Blog: 线程详解 | 参考Java-learning仓库

java.lang.Thread.State

• NEW
• RUNNABLE
• BLOCKED
• WAITING
  • Object.wait()
  • Thread.join()
  • LockSupport.park()
• TIMED_WAITING
  • Thread.sleep()
  • Object.wait(timeout)
  • Thread.join(timeout)
  • LockSupport.parkNanos()
  • LockSupport.parkUntil()
• TERMINATED
  • 终止态，不管是正常执行结束还是异常中断。

创建

• 创建线程有三种创建方式： 继承，实现接口，实例化匿名方法。示例代码

Thread类源码 Runnable，target，run，start 关系

• Runnable是一个接口
• target是Thread类中类型为Runnable，名为target的属性
• run是Thread类实现了Runnable的接口，重写的方法。
• start是启动线程的方法 native
• 在Thread类中，调用关系为：start->start0->run->target.run

Thread类的run方法源码

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

Thread类的target属性

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    /* What will be run. */
    private Runnable target;

• target属性由 private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,long stackSize, AccessControlContext acc)方法初始化。
  • init方法在Thread类的构造方法里被调用

控制

• 当调用 join() 时，当前调用线程将会阻塞，直到目标线程完成为止。

Object.wait 转为两种Waiting状态

LockSupport.park

Can LockSupport.park() replace Object.wait()?

thread states

线程优先级： 多个线程同时运行时,由线程调度器来决定哪些线程运行,哪些等待以及线程切换的时间点. 由于各个操作系统的线程调度器的实现各不相同, 所以依赖JDK来设置线程优先级策略是错误和平台不可移植性的.

yield

join

interrupt

Oracle interrupt

• java.lang.Thread#interrupt
  • 这个方法仅仅是标记下状态，在一些阻塞类方法调用时会检查该状态值（sleep wait join yield 等等）， 如果线程一直在循环跑CPU计算，那这个线程不会停止
• java.lang.InterruptedException

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  // 判断当前线程是否已发生中断 if (Thread. interrupted()) // Clears interrupted status! throw new InterruptedException();

中断机制是通过一个称为中断状态的内部标志来实现的。调用 Thread.interrupt 会设置该标志。当线程通过调用静态方法 Thread.interrupted 检查中断时，中断状态会被清除。一个线程用来查询另一个线程中断状态的非静态 isInterrupted 方法不会改变中断状态标志。
按照惯例，任何通过抛出 InterruptedException 而退出的方法在退出时都会清除中断状态。不过，中断状态总是有可能被另一个调用中断的线程立即再次设置。

Signal

由于Java是跨平台语言，主要考虑Window和unix系平台，后者在生产中使用居多，因此重点关注

Linux的Signal
快速理解：

• Kill 9信号： 无法监听和屏蔽
• TERM 15信号：默认退出进程信号
• INT 2信号： IDEA中停止JVM时发出的就是该信号

相关JVM参数 -Xrs 忽略（1,2,3,4,5,6,7,8,11,15） oracle java command注意Linux和Windows实现及信号量不一样

• 忽略的逻辑实现为：JVM接收信号量然后什么都不做。
• 注意此时Java应用代码无法手动监听对应的信号量，注册监听时会报错

销毁

观测异常

java.lang.Thread.UncaughtExceptionHandler Interface for handlers invoked when a Thread abruptly terminates due to an uncaught exception.

通过设置静态属性 Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler()，可以观测由于未捕获的异常导致Thread被销毁的情况，可加入监控和告警的逻辑

ThreadLocal

Oracle: ThreadLocal

设计： ThreadLocalMap 线程对象做key的一个封装Map(但是未实现Map接口)，一个线程可以有多个ThreadLocal

Alibaba TTL 使用场景可看作ThreadLocal的一种特殊实现

• 主要流程： com.alibaba.ttl.TtlRunnable#run
  • 提交任务时对run方法封装，先复制当前 TransmittableThreadLocal
  • 等待要调度执行时，重放复制的TransmittableThreadLocal值，从而实现父子线程间上下文的传递
  • 注意：因为只是处理了TransmittableThreadLocal，所以其他ThreadLocal值需要做传递时，需要通过装饰器去手动复制，例如SpringSecurity的SecurityContextHolder， slf4j的MDC

一次「找回」TraceId的问题分析与过程思考

Hook

• 注册Hook：Runtime.getRuntime().addShutdownHook(Thread thread)
• 在JVM正常退出时会调用已注册的Hook逻辑
  1. 例如 System.exit(), 或者 Java 进程收到退出的信号 SIGTERM SIGINT SIGQUIT 等等
  2. 但是 SIGKILL、 Runtime.halt()、断电、系统Crash 等情况下， 没有时机执行Hook。
  3. 不能在Hook逻辑中调用System.exit(), 否则会阻塞JVM退出，但是可以调用Runtime.halt()
  4. 不能在Hook逻辑中增删Hook
  5. 在System.exit()执行后才注册的Hook逻辑不会被执行
  6. Hook逻辑执行时完整性不可控 操作系统可控制当对JVM发出TERM(15)信号后一段时间未结束时可强制结束KILL（9），此时Hook逻辑可能才执行了一半
  7. 注册的Hook是按先后执行的，但是其中任意一个Hook抛出未处理的异常时会中断自身及后续Hook逻辑

优雅关机

Java层面

1. 线程池设置关闭时等待已有任务线程执行完成
   • 但是通常等待是会有限制（容器的健康检查等）的，所以还是会造成任务的中断，队列中任务的丢失
2. 手动接收信号量 追加资源关闭逻辑：MQ，缓存，数据库

环境层面

当关闭服务器A时，先将该服务器的入口流量屏蔽，防止新的请求进入，然后等服务器完成原有请求的响应，以及一些资源清理行为后，完全关闭。

参考: Kubernetes 中如何保证优雅地停止 Pod
参考: JVM安全退出（如何优雅的关闭java服务）

CompletableFuture

CompletableFutureTest

线程池

Note: 线程池

协程

R大: JVM虚拟机未明确定义JVM线程和OS线程的关系，即可以1：1, N：1, M：N。 只是Hotspot实现为1:1。并且很早期的JDK就是N：1的绿色线程实现，后面才改成1:1和系统线程绑定

Quasar

Github: Quasar

Virtual Threads

Virtual Threads 19预览 21Release | 来源于 OpenJDK: Loom项目目标高吞吐量，轻量级并发模型，结构化并发&调度

试用总结：如果要引入生产，需要关注整个JEP的文档，调试确认细节后才能使用，不然就会陷入到各种诡异的问题上。

特性：

• 依赖一个公用的ForkJoin线程池执行任务 即 不推荐执行CPU密集型任务，只建议用来执行io密集类任务（21对有可能阻塞的api都加上了特定处理代码）从而提高吞吐量
• 正常线程内代码无法感知 协程内代码的异常，反之也是一样，线程和协程间的局部变量也是隔离的
• 协程的线程栈存储在堆内存中，为了规避大量协程导致的栈溢出

虚拟线程：Java的新利器？ Java19 正式 GA！看虚拟线程如何大幅提高系统吞吐量
虚拟线程 - VirtualThread源码透视