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【并发编程三：Java线程的状态及转换】

网友: 文档中心 2022-05-03 18:12:56

【衔接上一章 【并发编程二：Therad-api和main线程和子线程的关系】】

1.1Object类的wait/notify/notifyAll方法

1、wait方法的作用

wait方法的作用是使当前线程等待，当前线程必须拥有此对象（调用wait方法的那个对象）的监视器（锁）才能调用wait方法，否则抛出IllegalMonitorStateException异常，当调用wait方法后线程会释放此监视器的所有权（锁）并等待；

2、wait方法调用后，

wait方法调用后，直到另一个线程为此对象（调用wait方法的那个对象）调用notify()方法或notifyAll()方法，通知和唤醒在此对象上等待的线程，然后线程等待直到它可以重新获得监视器的所有权（锁）并恢复执行；

3、wait()方法的行为和执行调用wait(0)一样，（0表示如果不通知，则无限等待）

4、有可能被线程中断和虚假唤醒，应始终在循环中使用while进行判断：

Wait方法的模板代码：synchronized (obj) {  while () {obj.wait();    ... // Perform action appropriate to condition  }}

5、如果任何线程在当前线程等待通知之前或期间中断了当前线程，抛InterruptedException异常，并清除当前线程的中断状态；

  1. notify方法唤醒在此对象（调用wait方法的那个对象）上等待的单个线程，如果在此对象上有多个线程正在等待，则选择其中一个线程唤醒，选择是任意随机的，并且由实现决定；
  2. 当前线程必须拥有此对象（调用wait方法的那个对象）的监视器（锁）才能调用notify方法，否则抛出IllegalMonitorStateException异常；
  3. 被唤醒的线程将无法继续，直到当前线程放弃对该对象的锁，被唤醒的线程将与此对象上的任何其他线程进行锁竞争，拿到锁才能继续执行；
  4. notify方法只有拿到此对象（调用wait方法的那个对象）监视器的锁之后才能调用，线程通过以下三种方式之一拿到对象监视器的锁：
    （1）通过执行该对象的同步实例方法；
    （2）通过执行同步对象的同步语句块；
    （3）对于Class类型的对象，通过执行该类的同步静态方法；

1.2wait、notify、notifyAll场景应用

经典的生产者-消费者模式；
生产者生产数据到缓冲区中，消费者从缓冲区中取数据；
如果缓冲区已经满了，则生产者线程阻塞等待；
如果缓冲区为空，那么消费者线程阻塞等待；
在这里插入图片描述

Java实现生产者消费者模式的几种常用方法：

1、wait() / notifyAll()方法

2、await() / signal()方法；

3、信号量Semaphore方法；

4、阻塞队列BlockingQueue方法；

5、管道PipedWriter/PipedReader方法；

6、无锁队列Disruptor框架方法；

7、分布式下的消息队列（分布式下的消息队列也是生产者-消费者模式）；

wait() / notify()方法

  • 1、当生产者向缓冲区放入一个数据时，向其他等待的消费线程发出可消费的通知，当缓冲区满了，生产者停止生产并等待
  • 2、当消费者从缓冲区取出一个数据时，向其他等待的生产线程发出可生产的通知，当缓冲区空了，消费者停止消费并等待；

1.3LockSupport工具类

LockSupport是java.util.concurrent.locks包下的一个类，是用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞工具类，它里面的方法都是静态方法；
我们前面介绍了等待/唤醒机制wait/notify，那么这个LockSupport可以说是它的改良版；
LockSupport主要就是用park(等待)和unpark(唤醒)方法来实现等待唤醒；
park方法是将当前Thread阻塞，而unpark方法将指定线程Thread唤醒；
在这里插入图片描述

纳秒是多久：1秒等于1000毫秒，等于100万微秒，等于10亿纳秒；
与Object类的wait/notify机制相比，park/unpark的特点：

  • 1、LockSupport不需要在同步块中使用；
  • 2、LockSupport以thread为操作对象更符合阻塞线程的直观定义；
  • 3、LockSupport操作更精准，可以精确地唤醒某一个线程（notify随机唤醒一个线程，notifyAll唤醒所有等待的线程）；
  • 4、LockSupport先unpark再park也不会报错，先unpark相当于(先吃药不晕车，先吃解药不中毒)，而notify先唤醒再等待的话，都会导致线程无法被唤醒；
  • 5、LockSupport中断park不会抛出InterruptedException异常，需要在park之后自行判断中断状态做额外的处理

LockSupport底层实现?

LockSupport底层是通过java的Unsafe类的park和unpark方法直接调用底层操作系统来完成对线程的阻塞；
LockSupport的原理就是使用了一种permit（许可证）的概念来实现等待唤醒功能，每个线程都有一个许可证，许可证只有两个值，一个是0，一个是1；
默认许可证的值是0，表示没有许可证，就会被阻塞；
调用unpark方法就把permit的值改为1，相当于发放一个许可证；
调用park方法就把permit的值改为0，相当于收回许可证；
每调用一次unpark方法，permit就会变成1，每调一次park方法，就会消耗掉一个许可证，permit就变成0；
每个线程都有一个permit，permit最多也就一个，多次调用unpark也不会累加；
根据是否有permit来判断是否要阻塞线程，所以先unpark再park也可以，跟顺序无关，只看是否有permit；（0阻塞，1不阻塞）
如果先unpark了两次（值1），再park两次（第一次1可以执行，第二次0,阻塞），那么线程还是会被阻塞，因为permit不会累加，unpark两次，permit的值还是1，第一次park的时变成0了，所以第二次park就会阻塞线程；
park线程不能用notify来唤醒，wait线程也不能用unpark来唤醒；

1.4Java线程的状态及转换

在这里插入图片描述

Java线程定义了6种状态，在任何时刻，有且只能处于其中某一种状态；

1、新建（New）：

线程创建后但还没有启动就处于这种状态；

2、运行（Runnable）：

运行状态包括操作系统线程状态中的Ready和Running，也就是处于该状态的线程有可能正在执行，也有可能正在等待着操作系统为它分配执行时间；
（注：操作系统线程5种状态：初始状态、可运行状态、运行状态、阻塞状态、终止状态）

3、无限期等待（Waiting）：

处于这种状态的线程不会被分配处理器执行时间，它们要等待被其他线程唤醒；

4、超时等待（Timed Waiting）：

处于这种状态的线程也不会被分配处理器执行时间，不过它不需要等待其他线程唤醒，在一定时间之后它们会由系统自动唤醒；

5、阻塞（Blocked）：

表示线程被阻塞了，在程序进入同步代码区域的时候，线程将进入这种阻塞状态；
“阻塞状态”与“等待状态”的区别在于:

  • “阻塞状态”在等待着获取到一个排它锁，当获取到锁的时候就不会阻塞；
  • “等待状态”则是在等待（可能是有限时间等待或者是永久等待），直到等待时间超时或者有另一个线程来唤醒，才不会等待；

6、终止（Terminated）：

已终止的线程状态，表示线程已经结束执行；
上述6种状态在遇到特定事件发生的时候将会互相转换；
阻塞状态是线程阻塞在进入synchronized关键字修饰的方法或代码块（获取锁）时的状态，没有获取到锁进入blocked状态；
但是阻塞在java.util.concurrent包中Lock接口的线程状态却是等待状态，因为java.util.concurrent包中Lock接口对于阻塞的实现均使用了LockSupport类中的相关方法；

1.5jstack查看线程状态

jstack -h 获取帮助；
jstack -F 强制输出线程栈信息；
jstack -m 混合模式，java线程和本地方法线程栈都输出；
jstack -l 输出更多的信息；

【衔接下一章 【并发编程四：Java中的线程池（1）】】

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