1.線程的幾種狀態(tài)

1.1 線程的狀態(tài)

以下就是我們線程所有的狀態(tài)和意義：

注意：

BLOCKED 表示等待獲取鎖, WAITING 和 TIMED_WAITING 表示等待其他線程發(fā)來通知.

TIMED_WAITING 線程在等待喚醒，但設(shè)置了時(shí)限; WAITING 線程在無限等待喚醒 

1.2 線程狀態(tài)的轉(zhuǎn)移 

各線程之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系可以簡化成下圖：

 關(guān)于yield方法：

在多線程中我們存在一個(gè)yield方法可以讓線程在就緒隊(duì)列中重新”排隊(duì)“，不改變線程狀態(tài)。相當(dāng)于你去幫別人排隊(duì)，但是輪到你了那個(gè)人還沒回來，你就就讓原本排在你后面的人換到你的位置上，但你仍然處于排隊(duì)狀態(tài)。這種”大公無私“的行為可以類比到我們的yield方法幫助我們理解。

public class Demo{
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() { while (true) {
                System.out.println("張三");
                // 先注釋掉, 再放開
                //Thread.yield();
            }
            }
        }, "t1");
        t1.start();
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    System.out.println("李四");
                }
            }
        }, "t2");
        t2.start();
 
    }
}

 可以看到:

1. 不使用 yield 的時(shí)候, 張三李四大概五五開

2. 使用 yield 時(shí), 張三的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于李四

結(jié)論: yield 不改變線程的狀態(tài), 但是會(huì)重新去排隊(duì).

2.有關(guān)線程安全問題

2.1 一個(gè)簡單的例子

// 創(chuàng)建兩個(gè)線程, 讓這倆線程同時(shí)并發(fā)的對一個(gè)變量, 自增 5w 次. 最終預(yù)期能夠一共自增 10w 次.
class Counter {
    // 用來保存計(jì)數(shù)的變量
    public int count;
 
    public void increase() {
        count++;
    }
}
 
public class Demo {
    // 這個(gè)實(shí)例用來進(jìn)行累加.
    // public static Counter counter = new Counter();
 
    public static void main(String[] args) {
        Counter counter = new Counter();
 
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                counter.increase();
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                counter.increase();
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
 
        try {
            t1.join();
            t2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("count: " + counter.count);
    }
}

大家先看到以上的代碼，意思很簡單，用兩個(gè)線程對同一個(gè)變量進(jìn)行自增操作，運(yùn)行的結(jié)果如下 

看起來不太對，我們再試一次

結(jié)果有了變化，但仍然不是我們想要的結(jié)果，是什么導(dǎo)致了5w+5w<10w呢？其中一個(gè)原因就是線程的隨機(jī)調(diào)度和改操作不具有原子性。 這些概念我們下面會(huì)詳細(xì)講，這里我們先簡單了解一下。

首先我們的自增操作在cpu內(nèi)其實(shí)分為三步：

1.LOAD：cpu從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)到寄存器

2.ADD：在寄存器內(nèi)實(shí)現(xiàn)自增

3.SAVE：將寄存器的數(shù)據(jù)寫回內(nèi)存中

而我們已經(jīng)知道cpu對于線程調(diào)度我們可以理解為是隨機(jī)的，所以會(huì)有很多種可能，比如下圖

其中縱軸代表運(yùn)行時(shí)間，這里我們可以看到兩個(gè)線程相當(dāng)于互不影響，線程1完成自增操作后又將數(shù)據(jù)寫回內(nèi)存由線程2再去操作，這種情況下是沒有問題的。但是也可能是下面的一種情況

 此時(shí)線程1還沒有將自增后的數(shù)據(jù)寫回內(nèi)存而線程2就已經(jīng)將要修改的數(shù)據(jù)讀入了寄存器，此時(shí)相當(dāng)于線程2讀到了那個(gè)還未自增的數(shù)據(jù)，相當(dāng)于兩個(gè)線程對同一個(gè)數(shù)進(jìn)行了自增，所以此時(shí)相當(dāng)于只自增了一次。其實(shí)情況還有很多，這里我們僅舉例比較經(jīng)典的例子。所以這也能夠解釋為什么結(jié)果大于5w而小于10w了。

2.2 造成線程不安全的原因

2.2.1 操作系統(tǒng)的隨機(jī)調(diào)度/搶占式運(yùn)行

這種是操作系統(tǒng)內(nèi)核就已經(jīng)決定的，我們無能為力。類似于我們上一個(gè)例子，就是因?yàn)榫€程的隨機(jī)調(diào)度和操作不具有原子性造成的。 

2.2.2 操作不具有原子性 

什么是原子性

我們把一段代碼想象成一個(gè)房間，每個(gè)線程就是要進(jìn)入這個(gè)房間的人。如果沒有任何機(jī)制保證，A進(jìn)入 房間之后，還沒有出來；B 是不是也可以進(jìn)入房間，打斷 A 在房間里的隱私。這個(gè)就是不具備原子性 的。轉(zhuǎn)換成代碼我們可以理解成只具有一條指令的操作。

當(dāng)然這個(gè)問題我們可以通過加鎖操作解決（以后會(huì)提到）。

一條 java 語句不一定是原子的，也不一定只是一條指令，比如我們上面提到的自增操作。

不保證原子性會(huì)給多線程帶來什么問題

如果一個(gè)線程正在對一個(gè)變量操作，中途其他線程插入進(jìn)來了，如果這個(gè)操作被打斷了，結(jié)果就可能是錯(cuò)誤的。 這點(diǎn)也和線程的搶占式調(diào)度密切相關(guān). 如果線程不是 "搶占" 的, 就算沒有原子性, 也問題不大.

2.2.3 多個(gè)線程修改同一個(gè)變量

1.一個(gè)線程修改變量沒事

2.多個(gè)線程同時(shí)讀一個(gè)變量也沒事

3.多個(gè)線程同時(shí)修改不同變量也沒有問題

唯獨(dú)需要注意多個(gè)線程修改同一個(gè)變量，如果不加以處理可能會(huì)造成我們之前講到的例子的問題 

2.2.4 內(nèi)存可見性問題 

jvm中規(guī)定了java的內(nèi)存模型

線程之間的共享變量存在 主內(nèi)存 (Main Memory).

每一個(gè)線程都有自己的 "工作內(nèi)存" (Working Memory) .

當(dāng)線程要讀取一個(gè)共享變量的時(shí)候, 會(huì)先把變量從主內(nèi)存拷貝到工作內(nèi)存, 再從工作內(nèi)存讀取數(shù)據(jù).

當(dāng)線程要修改一個(gè)共享變量的時(shí)候, 也會(huì)先修改工作內(nèi)存中的副本, 再同步回主內(nèi)存. 

正是因?yàn)檫@種機(jī)制，所以可能會(huì)出現(xiàn)下面的問題：

由于每個(gè)線程有自己的工作內(nèi)存, 這些工作內(nèi)存中的內(nèi)容相當(dāng)于同一個(gè)共享變量的 "副本". 此時(shí)修改線程 1 的工作內(nèi)存中的值, 線程2 的工作內(nèi)存不一定會(huì)及時(shí)變化.通俗的講就是 線程1針對工作內(nèi)容修改了數(shù)據(jù)，而線程2此時(shí)并不一定能夠及時(shí)同步修改的數(shù)據(jù)，所以可能會(huì)引發(fā)各種問題。

2.2.5 指令重排序 

所謂指令重排序是指jvm針對我們的代碼，可能會(huì)在保證邏輯不變的情況下去調(diào)整指令執(zhí)行的順序以達(dá)到運(yùn)行效率更高的效果。這種情況在單線程的情況下可以很好實(shí)現(xiàn)，而在多線程的情況下就可能會(huì)出現(xiàn)bug，導(dǎo)致程序邏輯改變。比如對于下面這行代碼：

Test t=new Test();

它其實(shí)總共有三個(gè)步驟：

1.創(chuàng)建內(nèi)存空間

2.往這個(gè)內(nèi)存空間構(gòu)造一個(gè)對象

3.將這個(gè)內(nèi)存引用賦給t 

在單線程的情況下2，3互換并不會(huì)有上面影響，但假如在多線程情況下我們按1，3，2來執(zhí)行，當(dāng)執(zhí)行到3時(shí)t為非null，此時(shí)線程2讀取t，但是卻發(fā)現(xiàn)是一個(gè)無效對象。 

到此這篇關(guān)于淺談java線程狀態(tài)與線程安全解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java線程狀態(tài)與線程安全內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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