java 多线程(二、多线程详解、线程安全问题、线程状态概述)

一、线程

1.1多线程原理

我的java多线程(一)的那一篇博客中已经写过多线程的代码，但是很多人对原理不是很清楚，那么我们通过代码再来体现一下多线程程序。

代码如下：

自定义线程类：

 public class MyThread extends Thread{/**利用继承中的特点*将线程名称传递  进行设置*/ public MyThread(String name){super(name); }/**重写run方法*定义线程要执行的代码*/public void run(){for (int i = 0; i < 20; i++){//getName()方法来自父类System.out.println(getName()+i);}}}

测试类：

public static void main(String[] args) {  System.out.println("这里是main线程");MyThread mt = new MyThread("小强");mt.start();//开启了一个新的线程 for (int i = 0; i < 20; i++) {System.out.println("旺财:"+i); }}}

程序启动运行main的时候，java虚拟机启动一个进程，主线程mian在main()调用的时候被创建。随着调用mt的对象的start方法，另一个新的线程也启动了，这样，整个应用就在多线程下运行。
多线程执行时，到底在内存中是如何运行的呢？
多线程执行时，在栈内存中，其实每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间。进行方法的进栈和出栈。
当执行线程的任务结束了，线程自动在栈内存汇总释放了。但是当所有的执行线程都结束了，那么进程就结束了。

1.2 Thread类

在上一篇博客的内容中我们已经可以完成最基本的线程开启，那么在我们完成操作过程中用到了 java.lang.Thread 类， API中该类中定义了有关线程的一些方法，具体如下：

构造方法：

public Thread()：分配一个新的线程对象。
public Thread(String name)：分配一个指定名字的新的线程对象。
public Thread(Runnable target)：分配一个带有指定目标新的线程对象。
public Thread(Runnable target,String name)：分配一个带有指定目标的新的线程对象并指定名字。

常用方法：

public String getName()：获取当前线程名字。
public void start()：导致此线程开始执行；jva虚拟机调用此线程的run方法。
public void run():此线程要执行的任务在此处定义代码。
public static void sleep(long millis)：使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停(暂停停止执行)。
public static Thread currentThread()：返回对当前正在执行的线程对象的引用。

翻阅API后得知创建线程的方法总共有两种，一种是继承Thread类方式，一种是实现Runnable接口方法，方式一我在上一篇已经完成，接下来讲解方式二实现的方式。

1.3创建线程方式二

采用 java.lang.Runnable 也是非常常见的一种，我们只需要重写run方法即可。

步骤如下：

1.定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法，该run()方法的方法体同样是该项成的线程执行体。
2.创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象。该Thread对象才是真正的线程对象。
3.调用线程对象的start()方法来启动线程。

代码如下：

public class MyRunnable implements Runnable{ @Override  public void run() { for (int i = 0; i < 20; i++) {  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);}}
}

public class Demo{public static void main(String[] args){//创建自定义类对象  线程任务对象 MyRunnable mr = new MyRunnable();//创建线程对象 Thread t = new Thread(mr, "小强"); t.start(); for (int i = 0; i < 20;i++) {     System.out.println("旺财" + i); } }
}

通过实现Runnable接口，是的该类有了多线程类的特征。 run()方法是多线程程序的一个执行目标。所有多线程代码都在run()方法里面。Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。

在启动多线程的时候，需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target)构造出对象，然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。

实际上所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此，不管是继承Thread类还是实现Runnable结构来实现多线程，最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的，熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础

注意：Runnable对象仅仅是作为Thread对象的target，Runnable实现类里包含的run()方法仅作为线程执行体。而实际的线程对象依然是Thread实例，只是该Thread线程负责执行其target的run()方法。

1.4 Thread和Runnable的区别

如果一个类继承Thread，则不适合资源换共享。但是如果实现了Runnable接口的话，则很容易的实现资源共享。

总结：

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：

1.适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
2.可以避免java中的单继承的局限性。
3.增加程序的健壮性，实现解耦操作，代码可以被多个线程共享，代码和线程独立。
线程池只能放在实现Runnable或Callable类线程，不能直接放入继承Thread的类。

扩充：在java中，每次程序运行至少启动2个线程，一个是main线程，一个是垃圾回收线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个JVM，每一个JVM其实就是在操作系统中启动了一个进程。

1.5 匿名内部类方式实现线程的创建

使用线程的匿名内部类方式，可以方便的实现每个线程执行不同的线程任务操作。

使用匿名内部类的方式实现Runnable接口，重写Runnable接口中的run()方法：

 public class NoNameInnerClassThread {public static void main(String[] args) { // new Runnable(){// public void run(){ // for (int i = 0; i < 20; i++){ // System.out.println("张宇:"+i);// } // }//}; //‐‐‐这个整体 相当于new MyRunnable()Runnable r = new Runnable(){ public void run(){ for (int i = 0; i < 20; i++) {System.out.println("王小帅:"+i); } }};new Thread(r).start();for (int i = 0; i < 20; i++) {System.out.println("周杰伦:"+i); }  }  }

二、线程安全

2.1线程安全

如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

我们通过一个案例，演示线程的安全问题：

电影院卖票，我们模拟电影院的卖票过程。假设要播放的电影是“泰囧”，本次电影的作为共100个(本场电影只能卖100张票)。

我们来模拟电影院的售票窗口，实现多个窗口同时买“泰囧”这个电影票(多个窗口一起卖这100张票)需要窗口，采用线程对象来模拟；需要票，Runnable接口子类来模拟

模拟票：

public class Ticket implements Runnable {  private int ticket = 100;/** 执行卖票操作*/     @Overridepublic void run() { //每个窗口卖票的操作//窗口永远开启while (true) { if (ticket > 0) {//有票可以卖 //出票操作 //使用sleep模拟一下出票时间try { Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto‐generated catch block     e.printStackTrace(); } //获取当前线程对象的名字String name = Thread.currentThread().getName();System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐);} }}}

测试类：


public class Demo { public static void main(String[] args) {      //创建线程任务对象          Ticket ticket = new Ticket();          //创建三个窗口对象          Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");          Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");                   //同时卖票          t1.start();          t2.start();          t3.start();          }
}

结果中出现了这样的现象

发现程序中出现了两个问题：

1.相同的票数，被重复卖了好几回
2.出现了不存在的票数

[外链图片转存失败,源站可能有防盗在这里插入!链机制,建描述]议将图片上https://传(imbloqsdnMmg.cn/20200511150306230.png)
这种问题，几个窗口(线程9ciX)https://img-blog.csdnimg.cn这种问题，几个窗口(线程)]票数不同步了，这种问题称为线程不安全。

线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个县城中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。

2.2 线程同步

当我们使用多个线程访问同一资源的时候，且多个线程对资源有写的操作，就容易出现线程安全问题。

要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题：也就是解决重复票与不存在票问题，java中提供了同步机制(synchronized)来解决。
根据案例简述：

窗口1线程进入操作的时候，窗口2和窗口3线程只能在外等着，窗口1操作结束，窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码去执行。也就是说在某个线程修改共享资源的时候，其他线程不能修改该资源，等待修改完毕同步之后，才能去抢夺CPU资源，完成对应的操作，保证了数据的同步性，解决了线程的不安全的现象。

为了保证线程都能正常执行原子操作，java引入了线程同步机制。

那么怎么去使用呢？有三种方式完成同步操作：

1.同步代码块
2.同步方法
3.锁机制

2.3 同步代码块

同步代码块：synchronized关键字可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。

格式：

synchroized(同步锁){需要同步操作的代码
}

同步锁：

对象的同步锁只是一个感念，可以想象为在对象上标记了一个锁。

1.锁对象可以是任意类型。
2.多个线程对象要使用同一把锁。

注意：在任何时候，最多允许一个线程拥有同步锁，谁拿到锁就进入代码块，其他的线程只能在外等待(BLOCKED)

使用同步代码块解决代码：

public class Ticket implements Runnable{private int ticket = 100;Object lock = new Object();/**执行卖票操作*/@Overridepublic void run() {//每个窗口卖票的操作//窗口永远开启while(true){synchronized (lock) {if(ticket>0){//有票可以卖//出票操作//使用sleep模拟一下出票时间try{Thread.sleep(50);} catch (InterruptedException e) { // TODO Auto‐generated catch blocke.printStackTrace();}//获取当前线程对象的名字String name = Thread.currentThread().getName();System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐);}}}}
}

当使用了同步代码块后，上述的线程的安全问题，解决了。

2.4 同步方法

同步方法：使用synchronized修饰的方法，就叫做同步方法，保证A线程执行该方法的时候，其他线程只能在方法外等着。

格式：

public synchronized void method(){可能会出现线程安全问题的代码
}

同步锁是谁？
对于非static方法，同步锁就是this
对于static方法，我们使用当前方法所在类的字节码独享(类名.class)。

使用同步方法代码如下:

public class Ticket implements Runnable{private int ticket = 100;Object lock = new Object();/**执行卖票操作*/@Overridepublic void run() {//每个窗口卖票的操作//窗口永远开启while(true){sellTicket();}}/** 锁对象 是 是谁调用这个方法 就是谁* 隐含的锁对象就是this*/public synchronized void sellTicket(){if(ticket>0){//有票可以卖//出票操作//使用sleep模拟一下出票时间try{Thread.sleep(50);} catch (InterruptedException e) { // TODO Auto‐generated catch blocke.printStackTrace();}//获取当前线程对象的名字String name = Thread.currentThread().getName();System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐);}}}

2.5 Lock锁

java.util.concurrent.locks.lock机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作，同步代码快/同步方法具有的功能Lock都有，除此之外，更强大，更体现面向对象。

Lock锁也称同步锁，加锁与释放锁方法简化了，如下：

public void lock():加同步锁
public void unlock()：释放同步锁

代码如下：

public class Ticket implements Runnable{private int ticket = 100;Lock lock = new ReentrantLock();/**执行卖票操作*/@Overridepublic void run() {//每个窗口卖票的操作//窗口永远开启while(true){lock.lock();if(ticket>0){//有票可以卖//出票操作//使用sleep模拟一下出票时间try{Thread.sleep(50);} catch (InterruptedException e) { // TODO Auto‐generated catch blocke.printStackTrace();}//获取当前线程对象的名字String name = Thread.currentThread().getName();System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐);}lock.unlock();}}
}

三线程状态

3.1 线程状态概述

当线程被创建并启动以后，它既不是一启动就进入了执行状态，也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中，有几种状态呢？在API中java.lang.Thread.State这个枚举中给出了六种线程状态：

NEW(新建)：线程刚被创建，但是并未启动。还没调用start方法。
Runnable(可运行):线程可以在java虚拟机中运行的状态，可能正在运行自己代码，也可能没有，这取决于操作系统处理器。
Blocked（阻塞状态）：当一个线程视图获取一个对象锁，而该对象锁被其他的线程持有，则该线程进入Blocked状态；当该线程持有锁时，该线程将变成Runnable状态。
Waiting(无线等待)：一个线程在等待另一个线程执行一个(唤醒)动作时，该线程进入Waiting状态。进入这个状态后是不能自动唤醒的，必须等待另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能够唤醒。
Timed Waiting(计时等待)：同waiting状态，有几个方法有超时参数，调用他们将进入Timed Waiting状态。这一状态将一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。带有超时参数的常用方法有Thread.sleep()、Object.wait()方法
Teminated（被中止）：因为run方法正常退出而死亡，或者没有捕获的异常中止了run方法而死亡。