Java线程1 - 状态与同步机制

1，线程简介

1）线程light weight process，轻量级进程，是os调度的最小单位。进程是os进行资源分配的单位。
2）线程拥有自己的pc计数器(下一条需要执行的字节码指令)、栈、局部变量等，能共享的内存变量如堆中的成员变量，方法区中的方法。 由于堆和方法区是所有线程共享的，所以存在线程同步的问题。
3）多线程优势：
cpu多核，多线程能更好的利用处理器上的多个核心。
数据一致性不强的业务，开启新的线程来处理，使得主线程能有更快的响应时间。

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4）线程调度：操作系统分出一个个时间片，线程会被分配到若干时间片，用于线程的执行，CPU在线程上高速切换，所以表现为线程同时执行。

2，线程的状态

1）线程状态

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new(新建态)：还未调用native的start()方法，已分配pc计数器、栈等线程私有资源。
runnable(可运行)：start0() -> 进入running，yield() -> 进入ready状态。
waiting(等待)：wait() -> waiting。
timed waiting(超时等待)：Thread.sleep(long)、Object.wait(long) => timed waiting，超时 -> runable。
blocked(阻塞)：runnable线程，等待enter/reenter synchronized方法 代码块。
terminated(终止)：执行完run方法。
2）reenter过程
获取锁进入synchronized -> wait()释放锁进入wait quene -> 收到notify、notifyAll后进入sync queue(blocked状态) -> 获取锁reenter同步块，从上次wait处开始执行。
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2）Object线程通信方法
重要：线程必须获得对象monitor才可以执行通信方法。
wait() : 底层调用wait(0)，timeout为0则忽视，线程处于waiting状态，直到其他线程调用obj的notify或者notifyAll方法。
wait(long timeout) : 使当前线程进入timed waiting，直到其他线程调用obj的notify或者notifyAll方法，或者timeout超时回到Runable状态。
notify() : 唤醒一个在obj monitor上等待的线程。
notifyAll() : 唤醒所有在obj monitor上等待的线程。
3）object monitor与wait/sync queue
对象监视器：任意对象都有自己的monitor，当synchronized保护(加锁)这个对象时，线程(必须先获取到monitor)才可以进入同步块或者方法中。获取失败则阻塞在synchronized入口处，线程变为blocked状态，并进入同步队列中。
同步队列：一个存储blocked阻塞状态线程的队列。当获取monitor失败或被notify。
等待队列：调用wait()释放monitor(monitor.exit)后，running -> waiting，进入wait queue队列。
notify细节：notify()/notifyAll()后并不释放锁，只是通知将一个等待线程从wait queue -> sync queue，执行完synchronized块(monitor.exit)才会释放锁。
4）线程状态转换图 image.png

3，线程状态模拟

1）模拟waiting状态object.wait()线程进入waiting状态

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2）未获取monitor调用object的通信方法
要调用object.wait()方法，必须使用synchronized获取object的monitor。The current thread must own this object's monitor. 否则出现IllegalMonitorStateException。
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3）模拟time waiting状态obj.wait(10 * 1000)
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4）模拟blocked状态阻塞进入sync块
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4，线程其他

1）初始化
新线程是由parent父线程分配空间的，并继承daemon、priority、contextClassLoader，以及inheritableThreadLocals等。

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初始化完成之后，对象在堆内存中等待运行，已经分配pc、栈、局部变量表等线程的私有资源。
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2）线程启动。parent调用start()方法，底层native start0()方法，告诉JVM，只要线程规划器空闲，就调用start()方法所在的线程
3）Thread.join()方法。等待该线程终止，涉及了等待/通知机制
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当线程B执行时，会加锁当前对象synchronized this。
当线程A调用threadB.join()方法时，会wait阻塞进入blocked状态。当线程B执行完，会调用notifyAll()方法，线程A开始执行。
4）经典(生产者，消费者)：
核心加锁、循环、处理三个步骤
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