JAVA之多线程

于 2015-08-10 21:13:37 发布
阅读量420 收藏
点赞数
分类专栏： Android
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/h9911/article/details/47405197
版权
一. 线程状态类型
1. 新建状态（New）：新创建了一个线程对象。

2. 就绪状态（Runnable）：线程创建之后调用了start()方法，该状态的线程位于可运行线程池中，变得可运行，等待获取CPU的使用权，以下情况会进入

①等待获得时间片，进入运行状态

②并没有运行完run方法，时间片用完回到Runnable状态

3. 运行状态（Running）：获得CPU的Runnable线程
4. 阻塞状态（Blocked）：阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种：
（一）、等待阻塞：运行的线程执行wait()方法，JVM会把该线程放入等待池中。
（二）、同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池中。
（三）、其他阻塞：运行的线程执行sleep()或join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。
5. 死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。
二. 线程状态图


三. sleep()和wait()的区别

sleep()是Thread的方法，而wait()是对象的方法

sleep():

调用sleep()方法并没有释放同步锁，而是使该线程让出时间片进入监听状态，当指定的时间到了又会自动恢复到运行状态。

在调用sleep()的时候，线程不会释放对象锁，也就是说如果有别的线程在等待同一个线程锁，那么该线程是无法获得这个线程锁，进入运行状态

wait():

线程会放弃对象锁，进入等待此对象的等待锁定池，只有针对此对象调用notify()方法后本线程才进入对象锁定池准备

获取对象锁进入运行状态。

举个例子说明:

package com.hpg.demo;

public class TestD {
	public static void main(String[] args) {
		new Thread(new Thread1()).start();
		try {
			Thread.sleep(1000);
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
		new Thread(new Thread2()).start();
	}
	private static String string = "haha";
	private static class Thread1 implements Runnable {
		@Override
		public void run() {
			synchronized (TestD.class) {
				System.out.println("enter thread1...");
				System.out.println("thread1 is waiting...");
				try {
					// 调用wait()方法，线程会放弃对象锁，进入等待此对象的等待锁定池
					TestD.class.wait();
				} catch (Exception e) {
					e.printStackTrace();
				}
				System.out.println("thread1 is going on ....");
				System.out.println("thread1 is over!!!");
			}
		}
	}

	private static class Thread2 implements Runnable {
		@Override
		public void run() {
			synchronized (TestD.class) {
				System.out.println("enter thread2....");
				System.out.println("thread2 is sleep....");
				// 只有针对此对象调用notify()方法后本线程才进入对象锁定池准备获取对象锁进入运行状态。
				TestD.class.notify();
				// ==================
				// 区别
				// 如果我们把代码：TestD.class.notify();给注释掉，即TestD.class调用了wait()方法，但是没有调用notify()
				// 方法，则线程永远处于挂起状态。
				try {
					// sleep()方法导致了程序暂停执行指定的时间，让出cpu该其他线程，
					// 但是他的监控状态依然保持者，当指定的时间到了又会自动恢复运行状态。
					// 在调用sleep()方法的过程中，线程不会释放对象锁。
					Thread.sleep(1000);
				} catch (Exception e) {
					e.printStackTrace();
				}
				System.out.println("thread2 is going on....");
				System.out.println("thread2 is over!!!");
			}
		}
	}
}
运行结果:

enter thread1...

thread1 is waiting...

enter thread2....

thread2 is sleep....

thread2 is going on....

thread2 is over!!!

thread1 is going on ....

thread1 is over!!!


四. volatile和synchronized关键字分析

JAVA虚拟机在创建线程的时候，每个线程都有自己独有的工作内存，不会对其他线程的内存造成影响。

但是有时候两个线程需要相互协作，其中一个线程的终止需要满足另外一个线程的条件，此时就会有两个线程公用同一块内存区域。

此时就需要用到volatile关键字


首先我们来看一下线程内存分配的过程

执行线程必须先在自己的工作线程中对变量所在的缓存行进行赋值操作，然后再写入主存当中。

volatile两层含义:

一旦一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被volatile修饰之后，那么就具备了两层语义：

　　1）保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。

　　2）禁止进行指令重排序

例子：

//线程1
boolean stop = false;
while(!stop){
    doSomething();
}
 
//线程2
stop = true;

这段代码是很典型的一段代码，很多人在中断线程时可能都会采用这种标记办法。但是事实上，这段代码会完全运行正确么？即一定会将线程中断么？不一定，也许在大多数时候，这个代码能够把线程中断，但是也有可能会导致无法中断线程（虽然这个可能性很小，但是只要一旦发生这种情况就会造成死循环了）。

　　下面解释一下这段代码为何有可能导致无法中断线程。在前面已经解释过，每个线程在运行过程中都有自己的工作内存，那么线程1在运行的时候，会将stop变量的值拷贝一份放在自己的工作内存当中。

　　那么当线程2更改了stop变量的值之后，但是还没来得及写入主存当中，线程2转去做其他事情了，那么线程1由于不知道线程2对stop变量的更改，因此还会一直循环下去。

　　但是用volatile修饰之后就变得不一样了：

　　第一：使用volatile关键字会强制将修改的值立即写入主存；

　　第二：使用volatile关键字的话，当线程2进行修改时，会导致线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效（反映到硬件层的话，就是CPU的L1或者L2缓存中对应的缓存行无效）；

　　第三：由于线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效，所以线程1再次读取变量stop的值时会去主存读取。

　　那么在线程2修改stop值时（当然这里包括2个操作，修改线程2工作内存中的值，然后将修改后的值写入内存），会使得线程1的工作内存中缓存变量stop的缓存行无效，然后线程1读取时，发现自己的缓存行无效，它会等待缓存行对应的主存地址被更新之后，然后去对应的主存读取最新的值。

　　那么线程1读取到的就是最新的正确的值。


volatile保证原子性吗？

从上面知道volatile关键字保证了操作的可见性，但是volatile能保证对变量的操作是原子性吗？

看一个例子

public class TestMain {

	public volatile static int count = 0;

	public void inc() {
		// 这里延迟1毫秒，使得结果明显
		try {
			Thread.sleep(1);
		} catch (InterruptedException e) {
		}
		count++;
	}

	public static void main(String[] args) {
		final TestMain testMain=new TestMain();
		// 同时启动1000个线程，去进行i++计算，看看实际结果
		for (int i = 0; i < 1000; i++) {
			
			new Thread(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
					testMain.inc();
					System.out.println(TestMain.count);
					
				}
			}).start();
		}
		// 这里每次运行的值都有可能不同,可能不为1000
		while(Thread.activeCount()>1){
			Thread.yield();
		}
		System.out.println("运行结果:Counter.count=" + TestMain.count);
	}
}
...

982

984

983

986

983

985

运行结果:Counter.count=986

可能有的朋友就会有疑问，不对啊，上面是对变量count进行自增操作，由于volatile保证了可见性，那么在每个线程中对count自增完之后，在其他线程中都能看到修改后的值啊，所以有1000个线程分别进行了1次操作，那么最终inc的值应该是1000。

　　这里面就有一个误区了，volatile关键字能保证可见性没有错，但是上面的程序错在没能保证原子性。可见性只能保证每次读取的是最新的值，但是volatile没办法保证对变量的操作的原子性。

　　在前面已经提到过，自增操作是不具备原子性的，它包括读取变量的原始值、进行加1操作、写入工作内存。那么就是说自增操作的三个子操作可能会分割开执行，就有可能导致下面这种情况出现：

　　假如某个时刻变量count的值为10，

　　线程1对变量进行自增操作，线程1先读取了变量count的原始值，然后线程1被阻塞了；

　　然后线程2对变量进行自增操作，线程2也去读取变量count的原始值，由于线程1只是对变量count进行读取操作，而没有对变量进行修改操作，所以不会导致线程2的工作内存中缓存变量count的缓存行无效，所以线程2会直接去主存读取count的值，发现count的值时10，然后进行加1操作，并把11写入工作内存，最后写入主存。

　　然后线程1接着进行加1操作，由于已经读取了count的值，注意此时在线程1的工作内存中count的值仍然为10，所以线程1对count进行加1操作后count的值为11，然后将11写入工作内存，最后写入主存。

　　那么两个线程分别进行了一次自增操作后，count只增加了1。

　　解释到这里，可能有朋友会有疑问，不对啊，前面不是保证一个变量在修改volatile变量时，会让缓存行无效吗？然后其他线程去读就会读到新的值，对，这个没错。这个就是上面的happens-before规则中的volatile变量规则，但是要注意，线程1对变量进行读取操作之后，被阻塞了的话，并没有对inc值进行修改。然后虽然volatile能保证线程2对变量inc的值读取是从内存中读取的，但是线程1没有进行修改，所以线程2根本就不会看到修改的值。

　　根源就在这里，自增操作不是原子性操作，而且volatile也无法保证对变量的任何操作都是原子性的。

如果对inc()方法使用以下方法就可以达到想要的效果

采用synchronized：

public class TestMain {

	public volatile static int count = 0;

	public synchronized void inc() {
		// 这里延迟1毫秒，使得结果明显
		try {
			Thread.sleep(1);
		} catch (InterruptedException e) {
		}
		count++;
	}

	public static void main(String[] args) {
		final TestMain testMain=new TestMain();
		// 同时启动1000个线程，去进行i++计算，看看实际结果
		for (int i = 0; i < 1000; i++) {
			
			new Thread(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
					testMain.inc();
					System.out.println(TestMain.count);
					
				}
			}).start();
		}
		// 这里每次运行的值都有可能不同,可能不为1000
		while(Thread.activeCount()>1){
			Thread.yield();
		}
		System.out.println("运行结果:Counter.count=" + TestMain.count);
	}
}

采用Lock： 

public class TestMain {

	public volatile static int count = 0;
	Lock lock = new ReentrantLock();


	public synchronized void inc() {
		// 这里延迟1毫秒，使得结果明显
		lock.lock();
		try {
			Thread.sleep(1);
			count++;
		} catch (InterruptedException e) {
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		final TestMain testMain = new TestMain();
		// 同时启动1000个线程，去进行i++计算，看看实际结果
		for (int i = 0; i < 1000; i++) {

			new Thread(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
					testMain.inc();
					System.out.println(TestMain.count);

				}
			}).start();
		}
		// 这里每次运行的值都有可能不同,可能不为1000
		while (Thread.activeCount() > 1) {
			Thread.yield();
		}
		System.out.println("运行结果:Counter.count=" + TestMain.count);
	}

volatile能保证有序性吗

在前面提到volatile关键字能禁止指令重排序，所以volatile能在一定程度上保证有序性。

　　volatile关键字禁止指令重排序有两层意思：

　　1）当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时，在其前面的操作的更改肯定全部已经进行，且结果已经对后面的操作可见；在其后面的操作肯定还没有进行；

　　2）在进行指令优化时，不能将在对volatile变量访问的语句放在其后面执行，也不能把volatile变量后面的语句放到其前面执行。

可能上面说的比较绕，举个简单的例子： 
//x、y为非volatile变量
//flag为volatile变量
 
x = 2;        //语句1
y = 0;        //语句2
flag = true;  //语句3
x = 4;         //语句4
y = -1;       //语句5


由于flag变量为volatile变量，那么在进行指令重排序的过程的时候，不会将语句3放到语句1、语句2前面，也不会讲语句3放到语句4、语句5后面。但是要注意语句1和语句2的顺序、语句4和语句5的顺序是不作任何保证的。

　　并且volatile关键字能保证，执行到语句3时，语句1和语句2必定是执行完毕了的，且语句1和语句2的执行结果对语句3、语句4、语句5是可见的。

　　那么我们回到前面举的一个例子：

//线程1:
context = loadContext();   //语句1
inited = true;             //语句2
 
//线程2:
while(!inited ){
  sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);

前面举这个例子的时候，提到有可能语句2会在语句1之前执行，那么久可能导致context还没被初始化，而线程2中就使用未初始化的context去进行操作，导致程序出错。

　　这里如果用volatile关键字对inited变量进行修饰，就不会出现这种问题了，因为当执行到语句2时，必定能保证context已经初始化完毕。

volatile的原理和实现机制

前面讲述了源于volatile关键字的一些使用，下面我们来探讨一下volatile到底如何保证可见性和禁止指令重排序的。

　　下面这段话摘自《深入理解Java虚拟机》：

　　“观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现，加入volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令”

　　lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障（也成内存栅栏），内存屏障会提供3个功能：

　　1）它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到内存屏障的后面；即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成；

　　2）它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存；

　　3）如果是写操作，它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。

volatile使用场景

　　synchronized关键字是防止多个线程同时执行一段代码，那么就会很影响程序执行效率，而volatile关键字在某些情况下性能要优于synchronized，但是要注意volatile关键字是无法替代synchronized关键字的，因为volatile关键字无法保证操作的原子性。通常来说，使用volatile必须具备以下2个条件：

　　1）对变量的写操作不依赖于当前值

　　2）该变量没有包含在具有其他变量的不变式中

　　实际上，这些条件表明，可以被写入 volatile 变量的这些有效值独立于任何程序的状态，包括变量的当前状态。

　　事实上，我的理解就是上面的2个条件需要保证操作是原子性操作，才能保证使用volatile关键字的程序在并发时能够正确执行。

1).状态标记量 

volatile boolean flag = false;
 
while(!flag){
    doSomething();
}
 
public void setFlag() {
    flag = true;
}

volatile boolean inited = false;
//线程1:
context = loadContext();  
inited = true;            
 
//线程2:
while(!inited ){
sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);
2).double check 
class Singleton{
    private volatile static Singleton instance = null;
     
    private Singleton() {
         
    }
     
    public static Singleton getInstance() {
        if(instance==null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if(instance==null)
                    instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}



参考资料：

1.http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920373.html

2.http://blog.youkuaiyun.com/huang_xw/article/details/7316354




评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值