多线程Thread（初阶三：线程的状态及线程安全）

目录

一、线程的状态

二、线程安全

总结线程不安全的原因

针对上述原因给出的解决方案

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一、线程的状态

1.NEW Thread：对象创建好了，但是还没有调用 start 方法在系统中创建线程。

2.TERMINATED： Thread 对象仍然存在,但是系统内部的线程已经执行完毕了。

3.RUNNABLE： 就绪状态，表示这个线程正在 cpu 上执行,或者准备就绪随时可以去 pu 上执行。

4.TIMED WAITING： 指定时间的阻塞.就在到达一定时间之后自动解除阻塞使用 sleep 会进入这个状态 使用带有超时时间的join也会。

5.WAITING： 不带时间的阻塞(死等)，必须要满足一定的条件,才会解除阻塞join 或者 wait 都会进入 WAITING。

6.BLOCKED： 由于锁竞争,引起的阻塞.(后面线程安全的时候具体介绍)

这六种状态在生命周期的大概位置，如图：

用代码形式测试 NEW 、RUNNABLE、TERMINATED 状态

代码：

public class ThreadDemo3 {
    private static int count = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5000; i++) {
                count++;
            }
            System.out.println("count: " + count);
        });
        //t线程开始前
        System.out.println("t线程开始前: " + t.getState());

        t.start();
        //t线程执行中
        System.out.println("t线程执行中: " + t.getState());

        //t线程结束后
        t.join();
        System.out.println("t线程结束后: " + t.getState());
    }
}

执行效果：

学习这些状态，最大的作用就是调试多线程代码bug的时候，给我们提供重要的参考依据，当某个程序卡住了，也就是意味着一些关键的线程阻塞了，我们就可以观察线程的状态，分享出一些原因。

注意：一个线程只能start一次，也就是说只有是NEW状态的线程才能start。

二、线程安全

线程安全：某个代码，不管它是单个线程执行，还是多个线程执行，都不会产生bug，这个情况就成为“线程安全”。

线程不安全：某个代码，它单个线程执行，不会产生bug，但是多个线程执行，就会产生bug，这个情况就成为 “线程不安全”，或者 “存在线程安全问题”。

举个线程不安全例子，现在，我们想计算一个变量的自增次数，它循环了100000次，用两个线程去计算，各自计算循环50000次的次数。

代码：

public class ThreadDemo4 {
    private static int count = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i < 50000; i++) {
                count++;
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 50000; i <= 100000; i++) {
                count++;
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();

        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println("count: " + count);
    }
}

我们知道，从1到10_0000，肯定是自增了10_0000次，但是我们看看输出结果如何？

答案却不是10_0000，是50000多次，这是为何呢？原因就是多线程代码，它们是并发执行的。

这个count++是由cpu的三个指令构成的：

（1）load 从内存中读取数据到cpu的寄存器中。

（2）add 把寄存器中的值 + 1。

（3）save 把寄存器中的值写回到内存中。

因为上面两个线程是并发执行的，那么 t1 和 t2 线程的执行顺序就是无序的，他们可能同时读取数据，自增完再+1，下面用图示他们的一些可能性。

暂时就画这么多，因为线程并发的执行结果个数是无数的，并不是简单的排列组合就能穷举出来，因为并发的原因，可能 t1 线程它执行了两次，才执行一次 t2 线程，也可能更多，或者 t2 执行的次数更多，t1 线程只执行一次。就又要排列组合了，这些情况都是有可能的。

这时，t1 和 t2自增的时候，就可能拿的是同一个值，这两线程的其中一个自增后，没放回内存中，另一个线程就又拿了，这肯定是不符合我们预期的。

所以我们从上面的可能情况找，符合我们预期的效果就只有这两个了，如图：

那么这种情况也就是串行化执行，执行完 t1，再执行t2，或者两个顺序相反。

代码：

public class ThreadDemo4 {
    private static int count = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i < 50000; i++) {
                count++;
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            try {
                t1.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }

            for (int i = 50000; i <= 100000; i++) {
                count++;
            }
        });
        t1.start();

        t2.start();
        t2.join();

        System.out.println("count: " + count);
    }
}

执行效果：

但这样就没必要使用多线程了，因为串行化，一个线程就能搞定了，使用多线程也没太大意义。

总结线程不安全的原因

1、根本原因：操作系统上的线程是“抢占式执行”，随机调度的。

2、代码结构，多个线程同时修改同一个变量。

3、直接原因，多线程修改操作，本身不是原子的，比如count++，在cpu上有3个指令，可能修改还没保存，就被其他线程调度走了。

针对上述原因给出的解决方案

对于原因1：我们无法给出解决方案，因为操作系统内部已经实现了“抢占式执行”，我们干预不了

对于原因2：分情况，有的时候，代码结构可以调整，有的时候调整不了。

对于原因3：把要修改的变量这操作，通过特殊手段，把这操作在系统里的多个指令打包成一个“整体”。例如加锁操作，而加锁的操作，就是把多个指令打包成一个原子的操作。