Java线程安全状态专题解析

一、观察线程的所有状态

线程的状态是一个枚举类型 Thread.State

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

NEW: 安排了工作, 还未开始行动

RUNNABLE: 可工作的. 又可以分成正在工作中和即将开始工作.就绪状态

BLOCKED: 这几个都表示排队等着其他事情

WAITING: 这几个都表示排队等着其他事情

TIMED_WAITING: 这几个都表示排队等着其他事情

TERMINATED: 工作完成了.

二、线程状态和状态转移的意义

NEW:Thread对象有了，但是PCB还没有

RUNNABLE:线程正在CPU上执行或者即将到CPU上执行（PCB在就绪队列中，随时可能被调度到）

WAITING:wait方法导致

TIMED_WAITING:sleep方法导致

BLOCKED:等待锁导致

TERMINATED:对象还在，但PCB已经没了

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("线程启动前：" + t.getState());
 
        t.start();
        while (t.isAlive()){
            System.out.println("线程运行中：" + t.getState());
        }
        System.out.println("线程结束后：" + t.getState());
    }

三、多线程带来的风险

线程不安全的原因

①线程是抢占式执行的

线程不安全的万恶之源，线程之间的调度完全由内核负责，用户代码中感知不到，也无法控制。线程之间谁先执行，谁后执行，谁执行到哪里从CPU上下来，这样的过程用户无法控制也无法感知到的。

②自增操作不是原子的

每次++都能拆成三个步骤

        把内存中的数据读取到CPU中

        把CPU中的数据+1

        把计算的数据写回内存中

如果两个线程串行执行，此时计算结果为2。

如果两个线程并行执行，线程1进行++操作到一半的时候，线程也进行了++操作，此时自增两次，但结果为1。

必须保证线程1save结束了，线程2再load，此时计算结果才正确

③多个线程尝试修改同一个变量

如果是一个线程修改一个变量，线程安全

如果多个线程读取同一个变量，线程安全

如果多个线程修改不同的变量。线程安全

④内存可见性导致线程安全问题

⑤指令重排序

Java的编译器在编译代码时，会对指令进行优化，调整指令的先后顺序，保证原有的逻辑不变的情况下，提高程序的运行效率

四，解决线程安全问题

锁-synchronized

未加锁

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);
    }

 已加锁

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);
    }

此处的synchronized就是针对counter这个对象来加锁，进入increase方法内部，就把加锁状态设为ture，increase方法退出之后，就把加锁状态设为false,如果某个线程已经把加锁状态设为ture,此处的其他的线程尝试去加锁，就会阻塞

synchronized的特性——刷新内存

synchronized 的工作过程:

        1. 获得互斥锁

        2. 从主内存拷贝变量的最新副本到工作的内存

        3. 执行代码

        4. 将更改后的共享变量的值刷新到主内存

        5. 释放互斥锁

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("输入一个整数");
                    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("线程2获取到锁");
                        try {
                            Thread.sleep(1000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        };
        t2.start();
    }

一旦线程一获取到锁，并且没有释放的话，线程2就会一直在锁这里阻塞等待

 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("输入一个整数");
                    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("线程2获取到锁");
                        try {
                            Thread.sleep(1000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        };
        t2.start();
    }

 不是同一把锁，就不回出现竞争，就没有互斥了。

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("输入一个整数");
                    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("线程2获取到锁");
                        try {
                            Thread.sleep(1000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        };
        t2.start();
    }

这个代码中，两个线程都在针对locker1和locker2的类对象进行竞争，此处的locker1和locker2的类型都是Object，对应的对象都是相同的对象。 

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