Java多线程基础-第一节3：线程状态和线程安全

Posted 2022-12-04 我擦我擦

文章目录

• 一：线程状态
• • （1）Java中的线程状态
  • （2）线程状态转移
• 二：线程安全
• • （1）线程安全的概念
  • （2）线程不安全的原因

一：线程状态

（1）Java中的线程状态

Java中的线程状态：Java中的线程状态其实是一个枚举类型，即Thread.state

• NEW（新建状态）：创建后，启动前，线程就处于该状态
• RUNNABLE（可运行状态）：线程正在执行代码，就处于该状态
• BLOCKED（阻塞状态）：一个线程获取synchronized锁对象失败，就处于该状态
• WAITING（无限状态）：一个线程获取Lock锁对象失败，就处于该状态。调用wait方法，线程也会处于该状态
• TIMED_WAITING（计时等待状态）：线程正在执行sleep方法，就处于该状态
• TERMINATED（消亡状态）：线程把任务执行完毕后，就处于该状态

注意BLOCKED，WAITING和TIMED_WAITING 这三个状态简单点来讲都表示排队等着其他事情。由于这三种状态还涉及其他一些知识，所以这里不便详细展开说明，到后面我们会深入学习的

public class TestDemo7 
    public static void main(String[] args) 
        for (Thread.State state : Thread.State.values()) 
            System.out.println(state);
        
    

（2）线程状态转移

线程状态转移：通过方法调用、触发事件等，线程就会在上面6种状态进行切换，如下图

如下代码展示了一个简单的线程状态变化的例子

• 注意：BLOCKED，WAITING和TIMED_WAITING 三种并未涉及或涉及很少，会在后文中详细讲解

public class TestDemo8 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException 
        Thread thread = new Thread()
            @Override
            public void run()
                for (int i = 0; i < 10000_0000; i++)
                    //do nothing
                
                try 
                    Thread.sleep(2000);
                 catch (InterruptedException e) 
                    throw new RuntimeException(e);
                
            
        ;
        System.out.println("【thread.start()之前】");
        System.out.println("thread状态：" + thread.getState());
        System.out.println("main状态：" + Thread.currentThread().getState());

        thread.start();

        System.out.println("【thread.start()之后】");
        System.out.println("thread状态：" + thread.getState());
        System.out.println("main状态：" + Thread.currentThread().getState());

        Thread.sleep(500);

        System.out.println("【main睡眠0.5s之后】");
        System.out.println("thread状态：" + thread.getState());
        System.out.println("main状态：" + Thread.currentThread().getState());

        thread.join();

        System.out.println("【thread.join()之后】");
        System.out.println("thread状态：" + thread.getState());
        System.out.println("main状态：" + Thread.currentThread().getState());

        //结束工作，状态为TERMINGATED
        System.out.println("thread状态：" + thread.getState());
        System.out.println("main状态：" + Thread.currentThread().getState());
    

二：线程安全

（1）线程安全的概念

线程安全：如果多线程环境下代码运行的结果是符合我们预期的，即在单线程环境下应该的结果，则说明这个程序是线程安全的

如下是一个线程不安全的例子：两个线程分别对counter对象中tickets成员（初始值为10W）连续自减5W次，在单线程情况下，最后tickets的结果应该为0，但运行后结果却出现了很大的误差，而且每次运行结果都存在差异

class Counter
    public int tickets = 100000;
    public void decrease()
        tickets--;
    


public class TestDemo9 
    private static Counter counter = new Counter();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException 
        //下面两个线程，每个线程都会counter进行5W次自减
        //正确结果理应为0

        Thread thread1 = new Thread()
            @Override
            public void run()
                    for(int i = 0; i < 50000; i++)
                        counter.decrease();
                    
            
        ;

        Thread thread2 = new Thread()
            @Override
            public void run()
                for(int i = 0; i < 50000; i++)
                    counter.decrease();
                
            
        ;

        thread1.start();
        thread2.start();

        thread1.join();
        thread2.join();

        System.out.println("counter: " + counter.tickets);

    

实际上，tickets--并非原子性操作，在底层涉及如下三条指令

而线程调度时又没有确定的顺序，所以这两个线程在执行时就可能出现各种各样的执行顺序，结果自然也是五花八门

（2）线程不安全的原因

①抢占式执行：多个线程的调度执行过程，可以视为是全随机的。所以在写多线程代码的时候，就需要考虑到在任意一种调度情况下都能够运行出正确结果，这无疑增加了编程的难度

②修改共享数据：上面的线程不安全代码中，至少涉及2个线程针对counter.tickets变量的修改，这个counter.tickets便是多个线程都能访问到的共享数据

• counter.tickets实际位于堆上，所以可以被多个线程共享访问
• 在之前的学习中，我们常常会说××是线程安全的。例如String，它被设置为了private，是不可变的，所以不能修改，因而是线程安全的

③原子性操作：原子是不可分割的最小单位，原子性操作是指动作要一气呵成而不能中断。上面的线程不安全代码中，tickets--就不是一个原子性操作，会涉及如下三条指令

• mov
• sub
• mov

CPU执行程序的最小单位便是一个指令，所以有可能会出现三条指令还没有被执行完就被调度走的情况出现，也即一个线程正在对某个变量操作，中途其他线程突然插入了进来导致操作被打断，结果极有可能就会出现错误。原子性也是解决线程不安全最常用的方法，我们可以把多个操作通过特殊手段打包成一个原子操作

④内存可见性：可见性是指一个线程对共享数据的修改，其它线程能够及时看到。这个问题主要是因编译器优化而导致的

• 此内容将在下一节详细介绍

⑤指令重排：

• 此内容将在下一节详细介绍