Java 线程 和 锁 基础知识

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进程是资源分配的最小单元，线程是程序执行的最小单元，通常在一个进程中包含了多个线程。单个CPU在一个时刻只能把时间片分配给一个线程去执行。线程的整个生命周期包含了多个状态，未运行的初始状态，启动后未获取CPU时间片的待运行状态，任务执行完成后的消亡态，和线程紧密工作的锁又是如何控制线程的进入和退出的，接下来就学习和了解下Java的线程和锁的基本特点。

1、线程Thread 生命周期 & 基本使用

线程类中包含了多种状态，可通过getState方法获取到State枚举类信息

public enum State {
    NEW,   
    RUNNABLE,
    BLOCKED,  
    WAITING,  
    TIMED_WAITING,  
    TERMINATED;
}

NEW：线程还未开始的状态
RUNNABLE：在JVM中是运行的状态，但真正执行需要操作系统分配必须的资源才可运行
BLOCKED：等待Monitor Lock(监视器锁) 被阻塞导致，例如synchronized
WAITING：因为非时间因素导致线程等待的，例如Object.wait()、Thread.join()、LockSupport.park()等
TIMED_WAITING：因为时间因素导致线程等待的，例如Thread.sleep()、Object.wait(time)、Thread.join(time)等
TERMINATED：线程执行完成，消亡状态了

实际状态流转中每一种状态的变更都是有着其具体的原因，例如Object.wait()方法执行后，线程一方面会自行暂停，另一方面会进入到当前对象的一个等待集合中，等待超时、notify唤醒又或者中断引发的中断时间而离开等待集合，如下图可能可以更好的说明线程的流转关系。

image.png

具体方法以及相关关键字在后面再做介绍，先了解下线程如何使用的，线程的使用有两种方法，继承Thread 类和实现Runnable 接口，都是重写run方法，Runnable更多的可以看做是一个Task任务，任务可以交由任何可执行的线程去执行，但是继承Thread的在一创建时就已经固定了，没有足够的灵活性，推荐使用Runnable。

用java8最新的lambda表达式也可以很方便的写成Runnable runnable = () -> {/* run方法运行实体*/}，然后直接交给Thread执行即可。

请勿直接调用线程的run方法，那样无法创建新线程执行。调用start方法会由native方法创建新线程然后调用run方法

2、锁

现实中我们也大量的应用到锁，为了防止家里的财产被盗，离开家门时会锁门，日常用的电脑为了确保资料安全也会给自己的账户设置个密码锁，不过这也意味着我们日常外出需要带着钥匙，记住密码，要不然会导致很多不必要的麻烦。和实际生活一样，Java中的锁也是为了保证数据（服务）安全，也会对服务的性能、吞吐量等造成影响。

那锁是什么呢？

• Java中的一切都是对象，锁也不例外，这个被锁的对象只能由锁保护资源所在的线程去访问
• 锁可以控制对数据访问的先后顺序（强行串行化）
• 锁可以控制对数据是否拥有访问权
• 锁可以控制服务的活跃性问题
• 锁也可以抑制指令重排（降低效率）

常见的锁种类

• synchronized：Java原生语义支持的，内置锁，可重入，悲观的，在JDK1.5以后synchronized在不同情况下从 无锁->偏向锁->轻量级所->重量级锁的转变。
• ReentrantLock：基于AQS开发的可重入锁，有公平和非公平之分，也可以感知到中断
• CountDownLatch：基于AQS开发的锁，也叫计时器锁，当计数器减为0后，就可以执行其他任务了，不可重置
• CyclicBarrier：同样是基于AQS开发的锁，也叫栅栏锁，有换代的操作，可重置（想象成多个栅栏一般）
• Condition：条件锁，用在阻塞队列中，可控制消费者和生产者的读取进度
• ReentrantReadWriteLock：读写锁，读和写拆开，可以极大的提高读多写少的场景下的性能

对象锁对应的监视器锁结构如下图所示

image.png

本图来自：https://www.programcreek.com/2011/12/monitors-java-synchronization-mechanism/

• Special Room:当前运行的线程所存储的地方
• Entry Set: 所有需要获取当前锁的线程存储的地方
• Wait Set:所有被调用wait方法的线程存储的地方

3、Object 的wait 和 notify 方法

wait、notify方法是Object类的final native方法，不能被重写，而且必须有同步器synchronize的辅助才可以使用（这个是JVM规定的）

    synchronized (OBJ) {
        try {
            while (count <=0) {
                 // 当前线程暂停执行
                OBJ.wait();
            }
            ......
            // 具体的任务
            OBJ.notify();
            // 唤醒其他线程工作
        } catch (InterruptedException e1) {
            e1.printStackTrace();
            // 由wait方法触发的中断
        }
    }

wait方法是用来释放锁并且暂停服务的，从上面的线程流转图也可以看出来，对象调用wait()方法后，当前执行的线程会进入到当前对象的监视器对象的Wait Set区域内，执行notify方法，会从Wait Set集合中随便挑选一个然后唤醒操作进入到Entry Set集合中，后续的具体执行还得看具体的资源分配等情况，notifyAll方法可以唤醒所有等待的线程，至于那一个现在真正的执行同样也是无法感知的。

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