Java多線程中線程調(diào)度是一個(gè)核心概念，它決定了線程如何獲得CPU資源并執(zhí)行。合理的線程調(diào)度策略能夠充分發(fā)揮多核處理器的性能，提高程序的執(zhí)行效率。本文我將深入探討Java線程調(diào)度的原理、機(jī)制以及相關(guān)的API，帶你更好地理解和控制線程的執(zhí)行。

一、線程調(diào)度基礎(chǔ)概念

1.1 線程調(diào)度器

線程調(diào)度器是JVM的一部分，負(fù)責(zé)決定哪個(gè)線程獲得CPU時(shí)間片以及執(zhí)行多長(zhǎng)時(shí)間。Java線程調(diào)度器采用搶占式調(diào)度模型，即高優(yōu)先級(jí)的線程可以搶占低優(yōu)先級(jí)線程的CPU資源。

1.2 時(shí)間片

時(shí)間片是線程在CPU上執(zhí)行的最小時(shí)間單位。調(diào)度器會(huì)為每個(gè)線程分配一個(gè)時(shí)間片，當(dāng)時(shí)間片用完后，該線程會(huì)被暫停執(zhí)行，調(diào)度器會(huì)選擇另一個(gè)線程執(zhí)行。

1.3 線程狀態(tài)轉(zhuǎn)換

線程在其生命周期中會(huì)經(jīng)歷多種狀態(tài)，調(diào)度器在這些狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換：

• 新建(New)：線程被創(chuàng)建但尚未啟動(dòng)
• 就緒(Runnable)：線程正在等待CPU資源
• 運(yùn)行(Running)：線程正在CPU上執(zhí)行
• 阻塞(Blocked)：線程因等待鎖、IO等原因暫停執(zhí)行
• 等待(Waiting)：線程等待其他線程通知
• 超時(shí)等待(Timed Waiting)：線程在指定時(shí)間內(nèi)等待
• 終止(Terminated)：線程執(zhí)行完畢或異常終止

二、線程優(yōu)先級(jí)

2.1 優(yōu)先級(jí)范圍

Java線程優(yōu)先級(jí)范圍從1到10，數(shù)值越大優(yōu)先級(jí)越高：

• Thread.MIN_PRIORITY = 1
• Thread.NORM_PRIORITY = 5（默認(rèn)優(yōu)先級(jí)）
• Thread.MAX_PRIORITY = 10

2.2 設(shè)置線程優(yōu)先級(jí)

通過(guò)setPriority(int priority)方法設(shè)置線程優(yōu)先級(jí)：

Thread highPriorityThread = new Thread(() -> {
    // 高優(yōu)先級(jí)線程任務(wù)
});
highPriorityThread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);

Thread lowPriorityThread = new Thread(() -> {
    // 低優(yōu)先級(jí)線程任務(wù)
});
lowPriorityThread.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

2.3 優(yōu)先級(jí)注意事項(xiàng)

• 優(yōu)先級(jí)不保證執(zhí)行順序：高優(yōu)先級(jí)線程只是更有可能獲得CPU資源，但不保證一定先執(zhí)行
• 平臺(tái)依賴性：不同操作系統(tǒng)對(duì)線程優(yōu)先級(jí)的支持不同，可能導(dǎo)致優(yōu)先級(jí)行為不一致
• 避免過(guò)度依賴優(yōu)先級(jí)：應(yīng)通過(guò)合理的同步機(jī)制而非優(yōu)先級(jí)來(lái)控制線程執(zhí)行順序

三、線程調(diào)度方法

3.1 Thread.sleep(long millis)

使當(dāng)前線程暫停執(zhí)行指定的毫秒數(shù)，線程進(jìn)入超時(shí)等待狀態(tài)：

try {
    Thread.sleep(1000); // 暫停1秒
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
}

3.2 Thread.yield()

提示調(diào)度器當(dāng)前線程愿意讓出CPU資源，線程進(jìn)入就緒狀態(tài)：

public void run() {
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        // 執(zhí)行一些工作
        if (i % 10 == 0) {
            Thread.yield(); // 讓出CPU資源
        }
    }
}

3.3 Thread.join()

等待指定線程執(zhí)行完畢：

Thread t = new Thread(() -> {
    // 執(zhí)行耗時(shí)操作
});
t.start();

try {
    t.join(); // 等待線程t執(zhí)行完畢
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
}

3.4 Object.wait() / notify() / notifyAll()

用于線程間通信，實(shí)現(xiàn)線程的協(xié)作：

class SharedResource {
    private boolean ready = false;
    
    public synchronized void waitForReady() throws InterruptedException {
        while (!ready) {
            wait(); // 線程等待
        }
    }
    
    public synchronized void setReady() {
        ready = true;
        notifyAll(); // 喚醒所有等待的線程
    }
}

四、線程調(diào)度策略

4.1 搶占式調(diào)度

Java默認(rèn)采用搶占式調(diào)度，高優(yōu)先級(jí)線程可以搶占低優(yōu)先級(jí)線程的CPU資源。但這種搶占不是絕對(duì)的，具體還取決于操作系統(tǒng)的調(diào)度策略。

4.2 公平鎖與非公平鎖

• 公平鎖：線程按照請(qǐng)求鎖的順序獲得鎖，保證公平性但可能降低吞吐量
• 非公平鎖：允許線程在鎖釋放時(shí)直接競(jìng)爭(zhēng)，可能導(dǎo)致某些線程長(zhǎng)期得不到鎖

4.3 守護(hù)線程

守護(hù)線程是為其他線程提供服務(wù)的線程，當(dāng)所有非守護(hù)線程結(jié)束時(shí)，JVM會(huì)自動(dòng)終止守護(hù)線程：

Thread daemonThread = new Thread(() -> {
    // 守護(hù)線程任務(wù)
});
daemonThread.setDaemon(true); // 設(shè)置為守護(hù)線程
daemonThread.start();

五、線程池中的調(diào)度

5.1 線程池的調(diào)度策略

線程池通過(guò)ExecutorService接口提供，常見(jiàn)的線程池實(shí)現(xiàn)有：

• FixedThreadPool：固定大小的線程池
• CachedThreadPool：可緩存的線程池
• ScheduledThreadPool：支持定時(shí)任務(wù)的線程池

5.2 自定義線程池調(diào)度

通過(guò)ThreadPoolExecutor可以自定義線程池的調(diào)度策略：

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
    5,                   // 核心線程數(shù)
    10,                  // 最大線程數(shù)
    60,                  // 空閑線程存活時(shí)間
    TimeUnit.SECONDS,
    new LinkedBlockingQueue<>(100),  // 任務(wù)隊(duì)列
    Executors.defaultThreadFactory(),
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()  // 拒絕策略
);

六、線程調(diào)度的最佳實(shí)踐

6.1 避免過(guò)度依賴優(yōu)先級(jí)

線程優(yōu)先級(jí)應(yīng)謹(jǐn)慎使用，過(guò)度依賴優(yōu)先級(jí)可能導(dǎo)致程序行為不穩(wěn)定，尤其是在不同操作系統(tǒng)上。

6.2 合理使用sleep和yield

• sleep()用于精確控制線程暫停時(shí)間
• yield()用于提示調(diào)度器讓出CPU資源，但不保證一定會(huì)讓出

6.3 優(yōu)先使用線程池

線程池提供了更高級(jí)的調(diào)度控制和資源管理，應(yīng)優(yōu)先使用線程池而非手動(dòng)創(chuàng)建線程。

6.4 正確處理線程中斷

在線程中正確處理InterruptedException，確保線程可以被優(yōu)雅地終止：

public void run() {
    while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
        // 線程任務(wù)
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt(); // 恢復(fù)中斷狀態(tài)
            break;
        }
    }
}

總結(jié)

Java線程調(diào)度是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)制，涉及優(yōu)先級(jí)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換、同步等多個(gè)方面，理解線程調(diào)度的原理和機(jī)制，能夠幫助我們更好地控制線程執(zhí)行，提高程序性能和穩(wěn)定性，實(shí)際開(kāi)發(fā)中我們應(yīng)遵循最佳實(shí)踐，合理使用線程調(diào)度相關(guān)的API，通過(guò)線程池、同步機(jī)制等工具，構(gòu)建出高效、健壯的多線程應(yīng)用程序。

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