线程基础知识（一）

线程状态

从操作系统层面5种状态

• 【初始状态】仅仅在语言层面创建了线程对象，还未与操作系统线程关联
• 【可运行状态】（就绪状态）指该线程已经被创建（与操作系统线程关联），可以由cpu调度执行
• 【运行状态】
  • 指获取了cpu时间片运行中的状态
  • 当cpu时间片用完，会从【运行状态】转换至【可运行状态】，会导致线程上下文切换
• 【阻塞状态】
  • 如果调用了阻塞的API，如BIO读写文件，这是该线程实际不会调用CPU，会导致线程上下文切换，进入【阻塞状态】
  • 等BIO操作完毕，会由操作系统唤醒阻塞的线程，转换至【可运行状态】
  • 与【可运行状态】的区别是：对于【阻塞状态】的线程来说只要它们一直不唤醒，调度器就一直不会考虑调度它们
• 【终止状态】表示线程已经执行完毕，生命周期就已经结束，不会再转换为其他状态

从java语言层面六种状态

根据Thread.state的内部枚举决定

• 【new】线程刚被创建，但是还没有调用start();

• 【Runnable】当调用了start()方法之后。注意，java层面的【runnable】涵盖了操作系统层面【运行状态】【可运行状态】【IO阻塞状态】。

• 【Blocked】【Waiting】【Timed_Waiting】是java对阻塞状态的细分

  • 【Blocked】：被动阻塞，线程争取时间片（锁）失败进入
  • 【Waiting】：主动阻塞，程序员主动调用Wait()，join（） 是线程进入阻塞状态
  • 【Timed_Waiting】：主动阻塞，程序员主动调用Wait(long) ，sleep（long）是线程进入阻塞状态

• 【Terminated】终止状态

华罗庚《统筹方法》

想泡壶茶喝。当时的情况是：开水没有；水壶要洗，茶壶、茶杯要洗；火已生了，茶叶也有了。怎么

办？

• 洗好水壶，灌上凉水，放在火上；在等待水开的时间里，洗茶壶、洗茶杯、拿茶叶；等水开

  了，泡茶喝。

  

package com.test;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;



/**
 * @author Seven
 * @create 2021-10-19 22:29
 */
@Slf4j(topic = "c.Test5")
public class Test5 {
    public static void main(String[] args) {
        int time=0;
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            log.debug("洗水壶");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            log.debug("烧开水");
            try {
                Thread.sleep(15000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"老周");

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            log.debug("洗茶壶");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            log.debug("洗茶杯");
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            log.debug("拿茶叶");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            try {
                t1.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            log.debug("泡茶");
        }, "小周");

        t1.start();
        t2.start();


    }
}

11:21:38.970 [小周] DEBUG c.Test5 - 洗茶壶
11:21:38.970 [老周] DEBUG c.Test5 - 洗水壶
11:21:39.973 [老周] DEBUG c.Test5 - 烧开水
11:21:39.973 [小周] DEBUG c.Test5 - 洗茶杯
11:21:41.973 [小周] DEBUG c.Test5 - 拿茶叶
11:21:54.973 [小周] DEBUG c.Test5 - 泡茶

线程安全问题

因为写的指令不能原子化，交错导致程序结果出错。

成员变量和静态变量是否线程安全

• 如果它们没有被共享，则线程安全。
• 如果它们被共享了，更具他们的状态是否能被改变，又分为两种情况
  • 如果只有读操作，则线程安全
  • 如果有读写操作，则这段代码是临界区，需要考虑线程安全。

局部变量是否线程安全

• 局部变量是线程安全的。
• 但局部变量引用的对象未必
  • 如果该对象没有逃离方法的作用访问，他是线程安全的
  • 如果该对象逃离党法的作用访问，需要考虑线程安全。

局部变量线程安全分析

• 无共享，无伤害

public static void test(){
	int i=10;
	i++;
}

每个线程调用 test1() 方法时局部变量 i，会在每个线程的栈帧内存中被创建多份，因此不存在共享

• 当局部变量引用的是一个对象

先举一个成员变量的例子

class ThreadUnsafe {
    ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
    public void method1(int loopNumber) {
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            // { 临界区, 会产生竞态条件
            method2();
            method3();
           
            // } 临界区
        }
    }
    private void method2() {
        list.add("1");
    }
    private void method3() {
        list.remove(0);
    }
}

执行

	static final int THREAD_NUMBER = 2;
    static final int LOOP_NUMBER = 200;
    public static void main(String[] args) {
        ThreadUnsafe test = new ThreadUnsafe();
        for (int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {
            new Thread(() -> {
                test.method1(LOOP_NUMBER);
            }, "Thread" + i).start();
        }
    }

将 list 修改为局部变量，引用不暴露给外部

class ThreadSafe {
    public final void method1(int loopNumber) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            method2(list);
            method3(list);
        }
    }
    private void method2(ArrayList<String> list) {
        list.add("1");
    }
    private void method3(ArrayList<String> list) {
        list.remove(0);
    }
}

分析：

list 是局部变量，每个线程调用时会创建其不同实例，没有共享

• 而 method2 的参数是从 method1 中传递过来的，与 method1 中引用同一个对象
• method3 的参数分析与 method2 相同

暴露给外部

• 情况1：有其它线程调用 method2 和 method3
• 情况2：在 情况1 的基础上，为 ThreadSafe 类添加子类，子类覆盖 method2 或 method3 方法，即

class ThreadSafe {
    public final void method1(int loopNumber) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {
            method2(list);
            method3(list);
        }
    }
    private void method2(ArrayList<String> list) {
        list.add("1");
       
    }
    private void method3(ArrayList<String> list) {
        list.remove(0);
    }
}
class ThreadSafeSubClass extends ThreadSafe{
    @Override
    public void method3(ArrayList<String> list) {
        new Thread(() -> {
            list.remove(0);
        }).start();
    }
}

如果父类方法为public，final没有，即父类会被子类覆盖。则会出现线程安全

常见的线程安全类

• String
• Integer
• StringBuffer
• Random
• Vector
• Hashtable
• java.util.concurrent

这里的线程安全是指：多个线程调用它们同一个实例的方法，是线程安全的。他里面的方法是原子的，但组合的时候不一定线程安全。

String和Integer都是不可变类，都是线程安全的。