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  • java中线程的生命周期

    万次阅读 2020-03-13 10:07:45
    线程java中绕不过去的一个话题, 今天本文将会详细讲解java中线程的生命周期,希望可以给大家一些启发。 java中Thread的状态 java中Thread有6种状态,分别是: NEW - 新创建的Thread,还没有开始执行 RU...


    java中线程的生命周期

    线程是java中绕不过去的一个话题, 今天本文将会详细讲解java中线程的生命周期,希望可以给大家一些启发。

    java中Thread的状态

    java中Thread有6种状态,分别是:

    1. NEW - 新创建的Thread,还没有开始执行
    2. RUNNABLE - 可运行状态的Thread,包括准备运行和正在运行的。
    3. BLOCKED - 正在等待资源锁的线程
    4. WAITING - 正在无限期等待其他线程来执行某个特定操作
    5. TIMED_WAITING - 在一定的时间内等待其他线程来执行某个特定操作
    6. TERMINATED - 线程执行完毕

    我们可以用一个图来直观的表示:

    JDK代码中的定义如下:

    public enum State {
            /**
             * Thread state for a thread which has not yet started.
             */
            NEW,
    
            /**
             * Thread state for a runnable thread.  A thread in the runnable
             * state is executing in the Java virtual machine but it may
             * be waiting for other resources from the operating system
             * such as processor.
             */
            RUNNABLE,
    
            /**
             * Thread state for a thread blocked waiting for a monitor lock.
             * A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock
             * to enter a synchronized block/method or
             * reenter a synchronized block/method after calling
             * {@link Object#wait() Object.wait}.
             */
            BLOCKED,
    
            /**
             * Thread state for a waiting thread.
             * A thread is in the waiting state due to calling one of the
             * following methods:
             * <ul>
             *   <li>{@link Object#wait() Object.wait} with no timeout</li>
             *   <li>{@link #join() Thread.join} with no timeout</li>
             *   <li>{@link LockSupport#park() LockSupport.park}</li>
             * </ul>
             *
             * <p>A thread in the waiting state is waiting for another thread to
             * perform a particular action.
             *
             * For example, a thread that has called <tt>Object.wait()</tt>
             * on an object is waiting for another thread to call
             * <tt>Object.notify()</tt> or <tt>Object.notifyAll()</tt> on
             * that object. A thread that has called <tt>Thread.join()</tt>
             * is waiting for a specified thread to terminate.
             */
            WAITING,
    
            /**
             * Thread state for a waiting thread with a specified waiting time.
             * A thread is in the timed waiting state due to calling one of
             * the following methods with a specified positive waiting time:
             * <ul>
             *   <li>{@link #sleep Thread.sleep}</li>
             *   <li>{@link Object#wait(long) Object.wait} with timeout</li>
             *   <li>{@link #join(long) Thread.join} with timeout</li>
             *   <li>{@link LockSupport#parkNanos LockSupport.parkNanos}</li>
             *   <li>{@link LockSupport#parkUntil LockSupport.parkUntil}</li>
             * </ul>
             */
            TIMED_WAITING,
    
            /**
             * Thread state for a terminated thread.
             * The thread has completed execution.
             */
            TERMINATED;
        }
    

    NEW

    NEW 表示线程创建了,但是还没有开始执行。我们看一个NEW的例子:

    public class NewThread implements Runnable{
        public static void main(String[] args) {
            Runnable runnable = new NewThread();
            Thread t = new Thread(runnable);
            log.info(t.getState().toString());
        }
    
        @Override
        public void run() {
    
        }
    }
    

    上面的代码将会输出:

    NEW
    

    Runnable

    Runnable表示线程正在可执行状态。包括正在运行和准备运行两种。

    为什么这两种都叫做Runnable呢?我们知道在多任务环境中,CPU的个数是有限的,所以任务都是轮循占有CPU来处理的,JVM中的线程调度器会为每个线程分配特定的执行时间,当执行时间结束后,线程调度器将会释放CPU,以供其他的Runnable线程执行。

    我们看一个Runnable的例子:

    public class RunnableThread implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
    
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            Runnable runnable = new RunnableThread();
            Thread t = new Thread(runnable);
            t.start();
            log.info(t.getState().toString());
        }
    }
    

    上面的代码将会输出:

    RUNNABLE
    

    BLOCKED

    BLOCKED表示线程正在等待资源锁,而目前该资源正在被其他线程占有。

    我们举个例子:

    public class BlockThread implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            loopResource();
        }
    
        public static synchronized void loopResource() {
            while(true) {
                //无限循环
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            Thread t1 = new Thread(new BlockThread());
            Thread t2 = new Thread(new BlockThread());
    
            t1.start();
            t2.start();
    
            Thread.sleep(1000);
            log.info(t1.getState().toString());
            log.info(t2.getState().toString());
            System.exit(0);
        }
    }
    

    上面的例子中,由于t1是无限循环,将会一直占有资源锁,导致t2无法获取资源锁,从而位于BLOCKED状态。

    我们会得到如下结果:

    12:40:11.710 [main] INFO com.flydean.BlockThread - RUNNABLE
    12:40:11.713 [main] INFO com.flydean.BlockThread - BLOCKED
    

    WAITING

    WAITING 状态表示线程正在等待其他的线程执行特定的操作。有三种方法可以导致线程处于WAITTING状态:

    1. object.wait()
    2. thread.join()
    3. LockSupport.park()

    其中1,2方法不需要传入时间参数。

    我们看下使用的例子:

    public class WaitThread implements  Runnable{
    
        public static Thread t1;
        @Override
        public void run() {
            Thread t2 = new Thread(()->{
                try {
                    Thread.sleep(10000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                    log.error("Thread interrupted", e);
                }
                log.info("t1"+t1.getState().toString());
            });
            t2.start();
    
            try {
                t2.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
                log.error("Thread interrupted", e);
            }
            log.info("t2"+t2.getState().toString());
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            t1 = new Thread(new WaitThread());
            t1.start();
    
        }
    }
    

    在这个例子中,我们调用的t2.join(),这会使调用它的t1线程处于WAITTING状态。

    我们看下输出结果:

    12:44:12.958 [Thread-1] INFO com.flydean.WaitThread - t1 WAITING
    12:44:12.964 [Thread-0] INFO com.flydean.WaitThread - t2 TERMINATED
    

    TIMED_WAITING

    TIMED_WAITING状态表示在一个有限的时间内等待其他线程执行特定的某些操作。

    java中有5中方式来达到这种状态:

    1. thread.sleep(long millis)
    2. wait(int timeout) 或者 wait(int timeout, int nanos)
    3. thread.join(long millis)
    4. LockSupport.parkNanos
    5. LockSupport.parkUntil

    我们举个例子:

    public class TimedWaitThread implements  Runnable{
        @Override
        public void run() {
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
                log.error("Thread interrupted", e);
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            TimedWaitThread obj1 = new TimedWaitThread();
            Thread t1 = new Thread(obj1);
            t1.start();
    
            // The following sleep will give enough time for ThreadScheduler
            // to start processing of thread t1
            Thread.sleep(1000);
            log.info(t1.getState().toString());
        }
    }
    

    上面的例子中我们调用了Thread.sleep(5000)来让线程处于TIMED_WAITING状态。

    看下输出:

    12:58:02.706 [main] INFO com.flydean.TimedWaitThread - TIMED_WAITING
    

    那么问题来了,TIMED_WAITING和WAITTING有什么区别呢?

    TIMED_WAITING如果在给定的时间内没有等到其他线程的特定操作,则会被唤醒,从而进入争夺资源锁的队列,如果能够获取到锁,则会变成Runnable状态,如果获取不到锁,则会变成BLOCKED状态。

    TERMINATED

    TERMINATED表示线程已经执行完毕。我们看下例子:

    public class TerminatedThread implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
    
        }
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            Thread t1 = new Thread(new TerminatedThread());
            t1.start();
            // The following sleep method will give enough time for
            // thread t1 to complete
            Thread.sleep(1000);
            log.info(t1.getState().toString());
        }
    }
    

    输出结果:

    13:02:38.868 [main] INFO com.flydean.TerminatedThread - TERMINATED
    

    本文的例子可以参考https://github.com/ddean2009/learn-java-concurrency/tree/master/thread-lifecycle

    更多精彩内容且看:

    更多教程请参考 flydean的博客

    展开全文
  • Java中线程安全的List

    万次阅读 2019-09-29 13:45:36
    简单说一下java中线程安全的List 一、Vector Vector是大家熟知的线程安全的List集合,不过他的性能是最差,所有的方法都是加了synchronized来同步,从而保证线程安全。 源码也是使用数组来存储数据,有以下构造...

    简单说一下java中线程安全的List 

    一、Vector

    Vector是大家熟知的线程安全的List集合,不过他的性能是最差,所有的方法都是加了synchronized来同步,从而保证线程安全。

    源码也是使用数组来存储数据,有以下构造方法。 

          /**
         * Constructs an empty vector with the specified initial capacity and
         * capacity increment.
         *
         * @param   initialCapacity     the initial capacity of the vector
         * @param   capacityIncrement   the amount by which the capacity is
         *                              increased when the vector overflows
         * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
         *         is negative
         */
        public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
            super();
            if (initialCapacity < 0)
                throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                                   initialCapacity);
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
            this.capacityIncrement = capacityIncrement;
        }
    
        /**
         * Constructs an empty vector with the specified initial capacity and
         * with its capacity increment equal to zero.
         *
         * @param   initialCapacity   the initial capacity of the vector
         * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
         *         is negative
         */
        public Vector(int initialCapacity) {
            this(initialCapacity, 0);
        }
    
        /**
         * Constructs an empty vector so that its internal data array
         * has size {@code 10} and its standard capacity increment is
         * zero.
         */
        public Vector() {
            this(10);
        }
    
        /**
         * Constructs a vector containing the elements of the specified
         * collection, in the order they are returned by the collection's
         * iterator.
         *
         * @param c the collection whose elements are to be placed into this
         *       vector
         * @throws NullPointerException if the specified collection is null
         * @since   1.2
         */
        public Vector(Collection<? extends E> c) {
            elementData = c.toArray();
            elementCount = elementData.length;
            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
            if (elementData.getClass() != Object[].class)
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, elementCount, Object[].class);
        }

    它的增加、修改、获取、删除等都通过synchronized来同步。

     public synchronized void insertElementAt(E obj, int index) {
            modCount++;
            if (index > elementCount) {
                throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index
                                                         + " > " + elementCount);
            }
            ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
            System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, elementCount - index);
            elementData[index] = obj;
            elementCount++;
        }
     public synchronized void addElement(E obj) {
            modCount++;
            ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
            elementData[elementCount++] = obj;
        }
     public synchronized boolean removeElement(Object obj) {
            modCount++;
            int i = indexOf(obj);
            if (i >= 0) {
                removeElementAt(i);
                return true;
            }
            return false;
        }
    public synchronized void removeAllElements() {
            modCount++;
            // Let gc do its work
            for (int i = 0; i < elementCount; i++)
                elementData[i] = null;
    
            elementCount = 0;
        }
    public synchronized E get(int index) {
            if (index >= elementCount)
                throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
    
            return elementData(index);
        }
     public synchronized E set(int index, E element) {
            if (index >= elementCount)
                throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
    
            E oldValue = elementData(index);
            elementData[index] = element;
            return oldValue;
        }
     public synchronized boolean add(E e) {
            modCount++;
            ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
            elementData[elementCount++] = e;
            return true;
        }

    二、Collections.SynchronizedList

    SynchronizedList是Collections类的静态内部类,它能把所有 List 接口的实现类转换成线程安全的List,比 Vector 有更好的扩展性和兼容性。

    SynchronizedList的构造方法如下:

            SynchronizedList(List<E> list) {
                super(list);
                this.list = list;
            }
            SynchronizedList(List<E> list, Object mutex) {
                super(list, mutex);
                this.list = list;
            }

    SynchronizedList的部分方法源码如下:

    public boolean equals(Object o) {
                if (this == o)
                    return true;
                synchronized (mutex) {return list.equals(o);}
            }
            public int hashCode() {
                synchronized (mutex) {return list.hashCode();}
            }
    
            public E get(int index) {
                synchronized (mutex) {return list.get(index);}
            }
            public E set(int index, E element) {
                synchronized (mutex) {return list.set(index, element);}
            }
            public void add(int index, E element) {
                synchronized (mutex) {list.add(index, element);}
            }
            public E remove(int index) {
                synchronized (mutex) {return list.remove(index);}
            }
    
            public int indexOf(Object o) {
                synchronized (mutex) {return list.indexOf(o);}
            }
            public int lastIndexOf(Object o) {
                synchronized (mutex) {return list.lastIndexOf(o);}
            }
    
            public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
                synchronized (mutex) {return list.addAll(index, c);}
            }
    
            public ListIterator<E> listIterator() {
                return list.listIterator(); // Must be manually synched by user
            }
    
            public ListIterator<E> listIterator(int index) {
                return list.listIterator(index); // Must be manually synched by user
            }
    
            public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
                synchronized (mutex) {
                    return new SynchronizedList<>(list.subList(fromIndex, toIndex),
                                                mutex);
                }
            }
    
            @Override
            public void replaceAll(UnaryOperator<E> operator) {
                synchronized (mutex) {list.replaceAll(operator);}
            }
            @Override
            public void sort(Comparator<? super E> c) {
                synchronized (mutex) {list.sort(c);}
            }
    
            /**
             * SynchronizedRandomAccessList instances are serialized as
             * SynchronizedList instances to allow them to be deserialized
             * in pre-1.4 JREs (which do not have SynchronizedRandomAccessList).
             * This method inverts the transformation.  As a beneficial
             * side-effect, it also grafts the RandomAccess marker onto
             * SynchronizedList instances that were serialized in pre-1.4 JREs.
             *
             * Note: Unfortunately, SynchronizedRandomAccessList instances
             * serialized in 1.4.1 and deserialized in 1.4 will become
             * SynchronizedList instances, as this method was missing in 1.4.
             */
            private Object readResolve() {
                return (list instanceof RandomAccess
                        ? new SynchronizedRandomAccessList<>(list)
                        : this);
            }

    它所有方法都是带同步对象锁的,和 Vector 一样,它不是性能最优的。

    三、CopyOnWriteArrayList

    CopyOnWriteArrayList是java1.5以后才加入的新类,从命名可以理解为复制在写入的List。

    它的添加时加锁的(ReentrantLock ,非synchronized同步锁),读操作是没有加锁。

    添加和删除方法部分代码实现:

     public boolean add(E e) {
            final ReentrantLock lock = this.lock;
            lock.lock();
            try {
                Object[] elements = getArray();
                int len = elements.length;
                Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
                newElements[len] = e;
                setArray(newElements);
                return true;
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
     private boolean remove(Object o, Object[] snapshot, int index) {
            final ReentrantLock lock = this.lock;
            lock.lock();
            try {
                Object[] current = getArray();
                int len = current.length;
                if (snapshot != current) findIndex: {
                    int prefix = Math.min(index, len);
                    for (int i = 0; i < prefix; i++) {
                        if (current[i] != snapshot[i] && eq(o, current[i])) {
                            index = i;
                            break findIndex;
                        }
                    }
                    if (index >= len)
                        return false;
                    if (current[index] == o)
                        break findIndex;
                    index = indexOf(o, current, index, len);
                    if (index < 0)
                        return false;
                }
                Object[] newElements = new Object[len - 1];
                System.arraycopy(current, 0, newElements, 0, index);
                System.arraycopy(current, index + 1,
                                 newElements, index,
                                 len - index - 1);
                setArray(newElements);
                return true;
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }

    添加或者删除元素时,先加锁,再进行复制替换操作,最后再释放锁。 

    它的优势在于,读操作是不加任和锁。这样做的好处是,在高并发情况下,读取元素时就不用加锁,写数据时才加锁,大大提升了读取性能。

    看下它的 get 方法源码:

        private E get(Object[] a, int index) {
            return (E) a[index];
        }
    
        /**
         * {@inheritDoc}
         *
         * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
         */
        public E get(int index) {
            return get(getArray(), index);
        }

     

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  • java中线程的创建

    千次阅读 2018-11-19 22:38:21
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    java中线程的创建
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    /**
     * java中线程的创建
     */
    public class Ops3
    {
        public static void main(String[] args)
        {
            /**
             * 线程一
             */
            Thread t1 = new Thread(new Runnable()
            {
                @Override
                public void run()
                {
                    System.out.println("t1-----");
                }
            });
            /**
             * 线程二
             */
            Thread t2 = new Thread(new Runnable()
            {
                @Override
                public void run()
                {
                    System.out.println("t2-----");
                }
            });
            /**
             * 线程开始
             */
            t1.start();
            t2.start();
        }
    }
    

     

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    是线程私有的,每个线程都是自己的栈,每个线程中的每个方法在执行的同时会创建一个栈帧用于存局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址等信息。每一个方法从调用到执行完毕的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。其中局部变量表,存放基本类型(boolean、byte、char、short、int、float)、对象的引用等等,对象的引用不是对象实例本身,而是指向对象实例的一个指针。

    是线程共享的,所有的对象的实例和数组都存放在堆中,任何线程都可以访问。Java的垃圾自动回收机制就是运用这个区域的。

    方法区也是线程共享的,用于存放类信息(包括类的名称、方法信息、字段信息)、常量、静态变量以及即时编译器编译后的代码等等。

    这么讲比较抽象,写段代码:

    当程序执行到箭头指向那一个行代码的时候,
    入参i和局部变量j都是基本类型,直接存放在栈中。
    入参str和oneMoreStudy是对象类型,在栈中只存放对象的引用。
    如下图:

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