关于线程的 5 个知识点

作者 | 花名有孚

来源 | rrd.me/fukFv

每个人都有自己的喜好，就像我喜欢Java一样。学习Java的乐趣之一在于它的深度和广度。在日常工作中，我们常常会遇到一些从未探索过的功能，比如线程。没错，就是Thread类。当我们构建高扩展性系统时，常常会遇到各种并发编程问题，本文将介绍一些关于线程的不常用方法和技术，无论你是初学者、高级用户还是Java专家，希望能从中有所收获。如果你有关于线程的其他见解，欢迎在评论区分享。

初学者篇

1. 线程名称

每个线程都有一个名称，创建线程时会分配一个简单的字符串作为线程名。默认名称是“Thread-0”、“Thread-1”、“Thread-2”等。Thread类提供了两种设置线程名称的方法：

通过线程构造函数：

class SuchThread extends Thread {
    public void run() {
        System.out.println("Hi Mom! " + getName());
    }
}
SuchThread wow = new SuchThread("much-name");

通过setName方法：

wow.setName("Just another thread name");

线程名称是可变的，可以在运行时修改，不必在初始化时就指定。名称字段是一个简单的字符串对象，最多可达2³¹-1个字符（Integer.MAX_VALUE）。注意，线程名称不是唯一标识符，不同线程可以有相同的名称。使用null作为线程名会抛出异常，但“null”字符串是可以的。

使用线程名称调试问题

设置线程名称可以帮助调试问题。例如，在处理用户请求时，将事务ID附加到线程名称中，可以显著减少排查问题的时间。

"pool-1-thread-1" #17 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007f9d620c9800nid=0x6d03 in Object.wait() [0x000000013ebcc000]

改进后的名称：

Thread.currentThread().setName(Context + TID + Params + current Time, ...);

使用jstack运行后，情况变得清晰：

"Queue Processing Thread, MessageID: AB5CAD, type:AnalyzeGraph, queue: ACTIVE_PROD, Transaction_ID: 5678956,Start Time: 30/12/2014 17:37" #17 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007f9d620c9800nid=0x6d03 in Object.wait() [0x000000013ebcc000]

这样，当线程出现问题时，至少可以获取事务ID来开始排查。

2. 线程优先级

线程还有一个有趣的属性——优先级。线程优先级在1（MIN_PRIORITY）到10（MAX_PRIORITY）之间，主线程默认是5（NORM_PRIORITY）。新线程默认继承父线程的优先级，如果没有设置，所有线程的优先级都是5。这个属性常被忽略，可以通过getPriority()和setPriority()方法获取和修改。

优先级的应用场景

并不是所有线程都是平等的，有些需要立即获得CPU注意力，有些只是后台任务。优先级就是用来告诉操作系统线程调度器的。在Takipi中，我们开发的错误跟踪工具中，处理用户异常的线程优先级是MAX_PRIORITY，而上报新部署情况的线程优先级较低。高优先级的线程并不总是能从JVM线程调度器那里获得更多时间。

在操作系统层面，每个新线程对应一个本地线程，Java线程的优先级会被转换为本地线程的优先级，不同平台可能不同。在Linux上，可以通过“-XX:+UseThreadPriorities”选项启用此功能。Java线程的优先级只是一个建议，不能覆盖所有本地优先级（Linux优先级从1到99，线程优先级在-20到20之间）。设置优先级可以影响每个线程获得的CPU时间，但不建议完全依赖优先级。

进阶篇

3. 线程本地存储

ThreadLocal是一个在Thread类之外实现的功能（java.lang.ThreadLocal），为每个线程存储一份唯一的数据。就像它的名字一样，它为线程提供了本地存储，每个线程实例的变量都是唯一的。可以自定义一些属性，就像它们存储在Thread线程内部一样。不过，需要注意一些潜在的问题。

创建ThreadLocal有两种推荐方式：静态变量或单例实例中的属性，这样可以是非静态的。它的作用域是全局的，但对访问它的线程而言是本地的。在下面的例子中，ThreadLocal存储了一个数据结构，方便访问：

public static class CriticalData {
    public int transactionId;
    public int username;
}

public static final ThreadLocal<CriticalData> globalData =
    new ThreadLocal<CriticalData>();

获取ThreadLocal对象后，可以通过globalData.set()和globalData.get()方法进行操作。

全局变量？这不是好事

确实如此。ThreadLocal可以存储事务ID，当代码中出现未捕获异常时非常有用。最佳实践是设置一个UncaughtExceptionHandler，这是Thread类本身支持的，但需要自己实现。一旦执行到UncaughtExceptionHandler，之前导致异常的所有变量都无法访问，因为那些栈帧已经被弹出。唯一能抓住的最后一根稻草就是ThreadLocal。

尝试这样做：

System.err.println("Transaction ID " + globalData.get().transactionId);

ThreadLocal还可以分配一块特定的内存，让工作线程作为缓存反复使用。需要注意的是，ThreadLocal会造成内存浪费，只要线程还活着，它就会一直存在，除非主动释放，否则不会被回收。因此，使用时应尽量保持简单。

4. 用户线程和守护线程

回到Thread类。每个线程都有状态，要么是用户状态，要么是守护状态，即前台线程或后台线程。主线程默认是用户线程，每个新线程会从创建它的线程中继承线程状态。如果将一个线程设置为守护线程，它创建的所有线程也会被标记为守护线程。如果程序中所有线程都是守护线程，进程就会终止。可以通过setDaemon(true)和isDaemon()方法查看和设置线程状态。

何时使用守护线程？

如果进程不必等待某个线程结束即可终止，那么这个线程可以设置为守护线程。这可以避免正常关闭线程的麻烦，立即结束线程。如果一个执行操作的线程必须正确关闭以避免不良后果，那么它应该是用户线程。通常是关键事务，如数据库录入或更新，这些操作不能中断。

专家级

5. 处理器亲和性

处理器亲和性让线程或进程绑定到特定的CPU核上，意味着特定线程只在特定CPU核上执行。通常，操作系统的线程调度器会根据自己的逻辑决定如何绑定，可能考虑线程优先级。

这样做的好处是提高CPU缓存命中率。如果线程只在一个核上运行，数据在缓存中的概率就大大提高。如果数据在CPU缓存中，就不需要从内存中重新加载。这几毫秒的节省可以用于执行代码，更好地利用分配的CPU时间。操作系统和硬件架构可能有优化，但处理器亲和性至少能减少线程切换CPU的概率。

处理器亲和性对吞吐量的影响需要通过测试来验证。虽然不总是能显著提升性能，但至少能使吞吐量更稳定。亲和策略可以细化到非常细的粒度，这取决于具体需求。高频交易行业是这一策略最能发挥作用的场景之一。

处理器亲和性的测试

Java没有原生支持处理器亲和性，但在Linux上可以通过taskset命令设置进程的亲和性。例如，要将Java进程绑定到特定CPU上：

taskset -c 1 "java AboutToBePinned"

如果是一个已运行的进程：

taskset -c 1 <pid>

要深入到线程级别，需要额外的代码。幸运的是，有一个开源库可以完成这项工作：Java-Thread-Affinity。这个库由OpenHFT的Peter Lawrey开发，是实现这一功能的最简单方式。快速看一下如何绑定某个线程，关于该库的更多细节，请参考其Github文档：

AffinityLock al = AffinityLock.acquireLock();

关于获取锁的更多高级选项，如根据不同策略选择CPU，Github上有详细说明。

结论

本文介绍了关于线程的5个知识点：线程名称、线程本地存储、优先级、守护线程以及处理器亲和性。希望这些内容能为你日常工作中的线程使用打开一扇新窗，期待你的反馈！如果你有关于线程处理的其他方法可以分享，欢迎不吝赐教。

以上就是关于线程的 5 个知识点的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！