線程可以擁有自己的操作棧膝擂、程序計(jì)數(shù)器架馋、局部變量表等資源叉寂,它與同一進(jìn)程內(nèi)的其他線程共享該進(jìn)程的所有資源。線程在生命周期內(nèi)存在多種狀態(tài)孕蝉。有NEW(新建狀態(tài))腌逢、RUNNABLE(就緒狀態(tài))佳鳖、RUNNING(運(yùn)行狀態(tài))系吩、BLOCKED(阻塞狀態(tài))穿挨、DEAD(終止?fàn)顟B(tài))五中狀態(tài)。
(1) New即新建狀態(tài)
是線程被創(chuàng)建且未啟動(dòng)的狀態(tài)菜皂。創(chuàng)建線程的方式有三種:第一種是繼承Thread類榨崩,第二種是實(shí)現(xiàn)Runnable接口,第三種是實(shí)現(xiàn)Callable接口。相比第一種,推薦第二種方式筷登,因?yàn)槔^承自Thread類往往不符合里氏代換原則前方,而實(shí)現(xiàn)Runnable接口可以使編程更加靈活,對外暴露的細(xì)節(jié)比較少班巩,讓使用者專注于實(shí)現(xiàn)線程的run()方法上。第三種call()聲明如下:
由此可知睡陪,Callable與Runnable有兩點(diǎn)不同:第一,可以通過call()獲得返回值。前兩種方式都有一個(gè)共同的缺陷府蔗,即在任務(wù)執(zhí)行完成后仲吏,無法直接獲取執(zhí)行結(jié)果许帐,需要借助共享變量等獲取距芬,而Callable和Future則很好地解決了這個(gè)問題框仔;第二,call()可以拋出異常捐腿。而Runnable只有通過setDefaultUncaughtExceptionHandler()的方式才能在主線程中捕捉到子線程異常。
(2)RUNNABLE宪祥,即就緒狀態(tài)
是調(diào)用start()之后運(yùn)行之前的狀態(tài)耀找。線程的start()不能被多次調(diào)用撮抓,否則會(huì)拋出IllegalStateException異常。
(3)RUNNING荸恕,即運(yùn)行狀態(tài)
是run()正在執(zhí)行時(shí)線程的狀態(tài)融求。線程可能會(huì)由于某些因素而退出RUNNING双肤,如時(shí)間蔑赘、異常酥馍、鎖、調(diào)度等瑞躺。
(4)BLOCKED,即阻塞狀態(tài)
進(jìn)入此狀態(tài)蔚龙,有以下情況。
同步阻塞:鎖被其他線程占用
主動(dòng)阻塞:調(diào)用Thread()的某些方法映胁,主動(dòng)讓出CPU執(zhí)行權(quán)木羹,比如sleep()、join()等解孙。
等待阻塞:執(zhí)行了wait()坑填。
(5)DEAD,即終止?fàn)顟B(tài)
是run()執(zhí)行結(jié)束弛姜,或因異常退出后的狀態(tài)脐瑰,此狀態(tài)不能逆轉(zhuǎn)。
(順手插一個(gè)自己的記錄:start()和run()方法的區(qū)別:
1廷臼、start方法用來啟動(dòng)相應(yīng)的線程苍在;
2、run方法只是thread的一個(gè)普通方法荠商,在主線程里執(zhí)行寂恬;
3、需要并行處理的代碼放在run方法中莱没,start方法啟動(dòng)線程后自動(dòng)調(diào)用run方法初肉;
4、run方法必去是public的訪問權(quán)限饰躲,返回類型為void朴译。)
線程安全問題只在多線程環(huán)境下才出現(xiàn),單線程串行執(zhí)行不存在此問題属铁。保證并發(fā)場景下的線程安全眠寿,可以從以下四個(gè)維度考量:
(1)數(shù)據(jù)單線程可見。
單線程總是安全的焦蘑。通過限制數(shù)據(jù)僅在單線程內(nèi)可見盯拱,可以避免數(shù)據(jù)被其他線程篡改。最典型的就是線程局部變量,它存儲在獨(dú)立虛擬機(jī)棧幀變量表中狡逢,與其他線程毫無瓜葛宁舰。ThreadLocal就是采用這種方式來實(shí)現(xiàn)線程安全的。
(2)只讀對象奢浑。
只讀對象總是安全的蛮艰。他的特性是允許復(fù)制、拒絕寫入雀彼。最典型的只讀對象有String壤蚜、Integer等。一個(gè)對象想要拒絕任何寫入徊哑,必須要滿足以下條件:使用final關(guān)鍵字修飾類袜刷,避免被繼承;使用private final關(guān)鍵字避免屬性被中途修改莺丑;沒有任何更新方法著蟹;返回值不能可變對象為引用。
(3)線程安全類梢莽。
某些線程安全類的內(nèi)部有非常明確的線程安全機(jī)制萧豆。比如Stringbuffer就是一個(gè)線程安全類,它采用synchronized關(guān)鍵字來修飾相關(guān)方法昏名。
(4)同步與鎖機(jī)制涮雷。
如果想要對某個(gè)對象進(jìn)行并發(fā)更新操作,但又不屬于上述三類葡粒,需要開發(fā)工程師在代碼中實(shí)現(xiàn)安全的同步機(jī)制份殿。雖然這個(gè)機(jī)制支持的并發(fā)場景很有價(jià)值膜钓,但非常復(fù)雜且容易出現(xiàn)問題嗽交。
線程的安全核心理念就是“要么只讀,要么加鎖”颂斜。合理利用好JDK提供的并發(fā)包夫壁,往往能化腐朽為神奇。Java并發(fā)包(java.util.concurrent, JUC)中大多數(shù)類注釋都寫有:@author Doug Lea沃疮。如果說Java是一本史書盒让,那么Doug Lea絕對是開疆拓土的偉大人物。Doug Lea在大學(xué)當(dāng)老師時(shí)司蔬,專攻并發(fā)編程和并發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邑茄,主導(dǎo)設(shè)計(jì)了JUC并發(fā)包,提高了Java并發(fā)編程的易用性俊啼,大大推進(jìn)了Java的商用進(jìn)程肺缕。并發(fā)包主要分成以下幾個(gè)類族:
(1)線程同步類。
這些類使線程間的協(xié)調(diào)更加容易,支持了更加豐富的線程協(xié)調(diào)場景同木,逐步淘汰了使用Object的wait()和notify()進(jìn)行同步的方式浮梢。主要代表為CountDownLatch、Semaphore彤路、CyclicBarrier等秕硝。
(2)并發(fā)集合類。
集合并發(fā)操作的要求是執(zhí)行速度快洲尊,提取數(shù)據(jù)準(zhǔn)远豺。最著名的類非ConcurrentHas和Map莫屬,它不斷地優(yōu)化颊郎,由剛開始的鎖分段到后來的CAS憋飞,不斷地提升并發(fā)性能。其他還有ConcurrentSkipListMap姆吭、CopyOnWriterArrayList榛做、BlockingQueue等。
(3)線程管理類内狸。
雖然Thread和ThreadLocal在JDK1.0就已經(jīng)引入检眯,但是真正把Thread發(fā)揚(yáng)光大的是線程池。根據(jù)實(shí)際場景的需要昆淡,提供了多重創(chuàng)建線程池的快捷方式锰瘸,如使用Executors靜態(tài)工廠或者使用ThreadPoolExecutor等。另外昂灵,通過ScheduledExectorService來執(zhí)行定時(shí)任務(wù)避凝。
(4)鎖相關(guān)類。
鎖以Lock接口為核心眨补,派生出一些在實(shí)際場景中進(jìn)行互在斥操作的鎖相關(guān)類管削。最有名的是ReentrantLock。鎖的很多概念在弱化撑螺,是因?yàn)殒i的實(shí)現(xiàn)在各種場景中已經(jīng)通過類庫封裝進(jìn)去了含思。
并發(fā)包中的類族有很多,差異比較微妙甘晤,開發(fā)工程師需要有很好的Java基礎(chǔ)含潘、邏輯思維能力,還需要有一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)线婚,才能夠徹底分清各個(gè)類族的優(yōu)點(diǎn)遏弱、缺點(diǎn)及差異點(diǎn)。
解決線程安全問題的能力時(shí)開發(fā)工程師進(jìn)階的重要能力之一塞弊。由于初創(chuàng)公司的業(yè)務(wù)流量通常比較小漱逸,再加上其初級程序員缺乏線程安全意識缀踪。所以,即使出現(xiàn)了由高并發(fā)導(dǎo)致的錯(cuò)誤虹脯,往往也由于復(fù)現(xiàn)難度大驴娃、追蹤困難而不了了之。但是在后期的系統(tǒng)重構(gòu)中循集,這些公司一定會(huì)為以上線程安全隱患買單唇敞。