Java線程安全狀態專題解析
一、觀察線程的所有狀態
線程的狀態是一個枚舉類型 Thread.State
public static void main(String[] args) {
for (Thread.State state : Thread.State.values()){
System.out.println(state);
}
}
NEW: 安排瞭工作, 還未開始行動
RUNNABLE: 可工作的. 又可以分成正在工作中和即將開始工作.就緒狀態
BLOCKED: 這幾個都表示排隊等著其他事情
WAITING: 這幾個都表示排隊等著其他事情
TIMED_WAITING: 這幾個都表示排隊等著其他事情
TERMINATED: 工作完成瞭.
二、線程狀態和狀態轉移的意義
NEW:Thread對象有瞭，但是PCB還沒有
RUNNABLE:線程正在CPU上執行或者即將到CPU上執行（PCB在就緒隊列中，隨時可能被調度到）
WAITING:wait方法導致
TIMED_WAITING:sleep方法導致
BLOCKED:等待鎖導致
TERMINATED:對象還在，但PCB已經沒瞭
public static void main(String[] args) {
Thread t = new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100_00; i++){
}
}
};
System.out.println("線程啟動前：" + t.getState());
t.start();
while (t.isAlive()){
System.out.println("線程運行中：" + t.getState());
}
System.out.println("線程結束後：" + t.getState());
}
三、多線程帶來的風險
線程不安全的原因
①線程是搶占式執行的
線程不安全的萬惡之源，線程之間的調度完全由內核負責，用戶代碼中感知不到，也無法控制。線程之間誰先執行，誰後執行，誰執行到哪裡從CPU上下來，這樣的過程用戶無法控制也無法感知到的。
②自增操作不是原子的
每次++都能拆成三個步驟
把內存中的數據讀取到CPU中
把CPU中的數據+1
把計算的數據寫回內存中
如果兩個線程串行執行，此時計算結果為2。
如果兩個線程並行執行，線程1進行++操作到一半的時候，線程也進行瞭++操作，此時自增兩次，但結果為1。
必須保證線程1save結束瞭，線程2再load，此時計算結果才正確
③多個線程嘗試修改同一個變量
如果是一個線程修改一個變量，線程安全
如果多個線程讀取同一個變量，線程安全
如果多個線程修改不同的變量。線程安全
④內存可見性導致線程安全問題
⑤指令重排序
Java的編譯器在編譯代碼時，會對指令進行優化，調整指令的先後順序，保證原有的邏輯不變的情況下，提高程序的運行效率
四，解決線程安全問題
鎖-synchronized
未加鎖
static class Counter{
public int count = 0;
public void increase(){
count++;
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Counter counter = new Counter();
Thread t1 = new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 50000; i++){
counter.increase();
}
}
};
Thread t2 = new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 50000; i++){
counter.increase();
}
}
};
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
System.out.println(counter.count);
}
已加鎖
static class Counter{
public int count = 0;
synchronized public void increase(){
count++;
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Counter counter = new Counter();
Thread t1 = new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 50000; i++){
counter.increase();
}
}
};
Thread t2 = new Thread(){
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 50000; i++){
counter.increase();
}
}
};
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
System.out.println(counter.count);
}
此處的synchronized就是針對counter這個對象來加鎖，進入increase方法內部，就把加鎖狀態設為ture，increase方法退出之後，就把加鎖狀態設為false,如果某個線程已經把加鎖狀態設為ture,此處的其他的線程嘗試去加鎖，就會阻塞
synchronized的特性——刷新內存
synchronized 的工作過程:
1. 獲得互斥鎖
2. 從主內存拷貝變量的最新副本到工作的內存
3. 執行代碼
4. 將更改後的共享變量的值刷新到主內存
5. 釋放互斥鎖
synchronized的特性——互斥
public static void main(String[] args) {
Object locker = new Object();
Thread t1 = new Thread(){
@Override
public void run() {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
synchronized (locker) {
System.out.println("輸入一個整數");
int num = scanner.nextInt();
System.out.println("num= " + num);
}
}
};
t1.start();
Thread t2 = new Thread(){
@Override
public void run() {
while (true){
synchronized (locker){
System.out.println("線程2獲取到鎖");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
};
t2.start();
}
一旦線程一獲取到鎖，並且沒有釋放的話，線程2就會一直在鎖這裡阻塞等待
public static void main(String[] args) {
Object locker1 = new Object();
Object locker2 = new Object();
Thread t1 = new Thread(){
@Override
public void run() {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
synchronized (locker1) {
System.out.println("輸入一個整數");
int num = scanner.nextInt();
System.out.println("num= " + num);
}
}
};
t1.start();
Thread t2 = new Thread(){
@Override
public void run() {
while (true){
synchronized (locker2){
System.out.println("線程2獲取到鎖");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
};
t2.start();
}
不是同一把鎖，就不回出現競爭，就沒有互斥瞭。
public static void main(String[] args) {
Object locker1 = new Object();
Object locker2 = new Object();
Thread t1 = new Thread(){
@Override
public void run() {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
synchronized (locker1.getClass()) {
System.out.println("輸入一個整數");
int num = scanner.nextInt();
System.out.println("num= " + num);
}
}
};
t1.start();
Thread t2 = new Thread(){
@Override
public void run() {
while (true){
synchronized (locker2.getClass()){
System.out.println("線程2獲取到鎖");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
};
t2.start();
}
這個代碼中，兩個線程都在針對locker1和locker2的類對象進行競爭，此處的locker1和locker2的類型都是Object，對應的對象都是相同的對象。
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