java语言的线程状态之再记并发

本文围绕Java线程展开,介绍了线程的六种状态,如new、Runable等,还提到obj.wait()应放循环内防虚假唤醒。阐述了实现线程同步的方法,包括互斥同步、非阻塞同步和无同步方案。此外,讲解了JDK的锁优化,有自旋与适应性自旋、偏向锁、轻量级锁等。

一、java 线程的状态:
1、new 新创建线程 但是还未启动
2、Runable 就绪或者运行
3、waiting 无限期等待比如obj.wait() Thread.sleep()
4、Timed Waiting 定时等待obj.wait(1000) Thread.sleep(1000)
5、Blocked 阻塞 当一个线程进入同步代码尝试获取锁又获取不到时会发生阻塞、
6、Terminated 线程运行结束
对于obj.wait() 建议将其放置在循环条件内,用来应对虚假唤醒。

synchronized (obj) {
             while (<condition does not hold>)
                  obj.wait();
              ... // Perform action appropriate to condition
          }

二、实现线程同步的方法?
1、互斥同步。其中互斥是方法,同步是目的。互斥的实现有临界区、互斥量、信号量。而在java语言层面上互斥同步的方法是synchronized 和juc包下的ReentrantLock 来实现互斥同步。ReentrantLock 相比synchronized提供了 公平锁、响应中断(当阻塞的线程长时间等待,则可以响应中断后做其他事情)、以及锁绑定多个条件。
2、非阻塞同步。互斥同步就是将共享变量互斥访问,即一个线程持有锁访问时,另一个线程阻塞等待。其实这是一种悲观的策略,其中加锁、用户态到内核态转换、锁的计数器等均是很大开销。所以可以乐观的认为不会发生同时访问冲突,若发生则采取一定的补偿措施,一般是不断重试自旋重试。这就涉及到CAS操作,该操作涉及3个参数 变量地址、期待的值、更新的值。但是会有ABA问题。
3、无同步方案
其实并不是所有的代码都需要同步,如果某个方法本身并不涉及堆上的变量或者共享变量那么就称为可重入方法(一个简单的判断的原则是相同的参数 返回相同结果)那么显然不需要同步。另外对于线程内部的变量显然不需要同步,它本身就是只改线程才能访问。详情搜索ThreadLocal 使用方法。
三、为了在各个线程之间更好的共享数据,jdk进行了锁优化,你知道哪些锁优化?
1、自旋与适应性自旋
我们前面提到互斥同步会使得某持有锁的线程阻塞别的线程。其实线程的状态由运行态改变为阻塞态需要由用户态陷入内核态中完成,这给操作系统的并发带来很大压力。然而虚拟机研究团队表明共享数据只会锁定很短的一段时间,所以并没有必要陷入内核挂起线程。只需要在应用层面自旋等待即可注意自旋等待会一直占用cpu时间。从上面的描述可以知道自选等待较少时间是可以提高并发性的,而自旋较长时间则“得不偿失”,还不如直接阻塞。
其实自旋可变的更聪明,假如可以预知自己自旋多少次可以成功,如果次数过多就不自旋,过少就可以自旋。这是个理想状态,其实可以根据“历史”来预测未来,比如上次该线程在同一个锁上自旋成功我们就会认为这次也大概率会成功,进而允许自旋更长时间,如果这个锁自旋从未获得过锁,则可以适当减少自旋次数。
2、偏向锁
当共享的资源一直被一个线程访问的时候,则可以设计将对象头里设置偏向的线程id,同时设置偏向标志、加锁标志。注意:偏向锁主要消除无竞争情况下的同步原语,意思就是在无竞争的情况下直接把整个同步去掉,连CAS操作都去掉。当一个线程获取到偏向锁时,cas设置偏向标志 和 线程ID后再次进入这个锁相关的同步,虚拟机可以不进行任何同步操作如locking unlocking Mark word 的update等。当另外线程尝试获取锁时,根据目前对象的锁的状态,或者撤销偏向恢复到未锁定或者升级为轻量级锁。
3、轻量级锁
轻量级锁和偏向锁都是乐观锁,轻量级锁解决的是2个或者多个线程交替进入临界区的情况。而重量级锁解决的是多线程同时进入临界区的情况。
如果对象是无锁状态,则线程在当前栈帧上拷贝对象Mark word,同时将owner 指向对象的Mark word,将对象的Mark word 更新为指向栈帧上创建的副本。如对象是锁定状态,则观察对象的MarkWord是否指向自己栈帧,如果是则直接加入否则升级重量锁。

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