JavaEE----多线程(二)

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1.进程的状态

java 复制代码
public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t=new Thread(()->{

        });
        System.out.println(t.getState());
        //线程已经创建,但是没有开始执行,这个时候的状态就是new状态
        
        
        t.start();
        t.join();
        
        
        //TERMINATED就是线程结束之后的这个线程的状态:terminated
        System.out.println(t.getState());

    }

}

下面的这个就是在我们的t线程里面设计一个死循环,这个时候我们就可以使用getstate获取到这个时候的状态就是我们的runnable状态的;

下面的这个是对于timed-waiting状态的演示:

2.线程的安全引入

线程的安全问题:主要就是这个线程调度的随机性;

下面的这个里面,我们是对于这个全局的静态变量是count=0,我们在这个主方法里面对于这个count分别加上50000次,这个时候我们正常情况下结果应该是100000,但是这个打印结果不是100000,主要就是因为这个调度器的执行问题导致的这个结果不是100000;

实际上,这个count进行++的时候,需要经过三个步骤,分别是

load:把内存里面的数据进行读取到CPU寄存器里面去;

add:把这个寄存器里面的数据count++;

save:把这个寄存器里面的计算之后的数据放到这个内存里面去;

为什么计算之后的这个结果不是100000呢,下面我们画一下这个计算的过程:

如果是下面的这个情况,我们的两个线程的三步骤都是连续的,这个时候我们的count就会被加上去,这个时候就是2;

但是如果下面的这个情况,就是两个线程之间的这个三步操作就会失效,只有一个会发挥作用,因为其中的一个过程被中断了:

3.线程安全的问题产生原因

1.操作系统里面对于线程的调度是随机的(抢占式执行);

​ 我们想要解决问题肯定不可以从这个入手,因为这个是取决于我们的操作系统,我们很难对于这个抢占 式执行的现状进行控制;

2.两个线程,针对于一个变量进行修改;

​ 上面的这个就是属于这个情况,两个线程都是针对于这个count进行操作,因此这个时候因为这个调度执 行的步骤可能会被切断,因此这个时候就会出现问题;

3.修改操作不是原子的;

​ 什么是原子:上面的这个count++就不是原子的,原子的简单的就可以理解为这个操作的步骤是一步到位

​ 还是需要分为多次进行执行,上面的这个load,add,save需要分为三个步骤进行执行,因此这个就不是原 子的;

​ 假设我们的这个步骤一步就可以完成,这个时候我们就把这个操作叫做原子的;

4.内存可见性问题;

5指令重排序问题;(4,5)我们暂时没有遇到,因此这个地方不进行过多的介绍;

4.synchronized关键字的引入

4.1修饰代码块

我们的这个synchronized实际上就是对于这个操作进行加锁的操作,只有我们的一个线程的三个步骤全部执行完毕之后,我们的另外一个线程才会被执行,相当于我们的t1对于这个全局的变量++的时候,这个就是出于上锁的状态,其他的线程无法进行操作,只有当我们的这个线程执行完毕之后,这个锁被释放掉,也就是开锁,这个时候我们的其他的线程才可以继续执行;

这样的操作保证了这个不同的线程之间的这个操作的独立性,就不会出现上面介绍的一个线程的三个步骤被另外一个线程打断,出现两个线程的操作交叉执行的问题;就是这个load,add,save就是各走各的,而且三个过程是连续的,不会被中断;

除了上面的这个synchronized修饰代码块之外,我们的这个synchronized还是可以修饰我们的静态方法和我们的实例方法的:

4.2修饰实例方法

所谓的这个实例方法,其实就是为了和我们的静态方法进行区分,就是一个类里面的普通的成员方法,下面的这个就是我们的synchronized修饰我们的实例方法,下面的两个本质是等效的,因为这个synchronized修饰我们的实例方法本质上就是对于这个this锁对象进行操作,这个时候的锁对象就是我们的this;

因此这样来讲,上面的操作和我们的下面的这个修饰方法就是一样的,只不过我们的这个下面的写法里面,把这个锁对象隐藏了起来;

4.3修饰静态方法

下面的两个写法就是一样的,就是我们的synchronized关键字修饰我们的静态成员方法,相当于这个代码块里面的这个参数就是我们的类对象;

我们的代码里面定义了一个类,那么这个里面就一定会有一个类对象,而且一个类只会有一个类对象,不会有多个的;

java 复制代码
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        synchronized public static void increase(){

        }

        public static increase2(){
            synchronized (counter.class){
                
            }
        }
    }
}

4.4对象头介绍

synchrinozed修饰的这个锁是存在于我们的这个对象头里面的,那么什么是对象头:

对象头就是我们进行这个对象的创建的时候,一个对象会有自己的内存空间,在这个内存空间里面,除了我们自己对于这个对象定义的属性,这个对象还会有些默认的属性,这个默认的属性就是在我们的对象头里面的;

在对象头里面,就有属性是存放说明我们的这个对象是不是加上了锁的;

4.5死锁-可重入的特性

什么是可重入 ,就是对于一个对象,我们连续加锁,这个时候不会出现死锁的情况;

我们使用下面的这个案例对于死锁进行说明:

死锁就是像下面的这个情况一样,我们连续对哦与一个锁对象多次加锁,这个时候就会出现死锁,具体的讲就是线程被卡死了;

java 复制代码
synchronized(locker){
	synchronized(locker){
		.......
	}
}

为什么会出现下面的这个死锁的情况,就是我们的第一次加锁的时候,我们的第二次操作正常情况下是进不去的,需要第一次的这个吧这个锁打开之后我们才可以第二次进入,但是下面的这个情况下我们的这个锁想要打开,只有等到这个操作执行完,就是这个代码块执行完,也就是执行到我们下面的这个示例代码的第二个}位置才可以,但是想要执行到这个第二个}位置,必须要执行这个第二次的加锁的操作,这个就是矛盾的地方;

因此这个时候想要加锁,但是这个执行又无法结束,因此这个时候就会出现线程卡死的情况,也就是我们说的死锁现象,为了处理这个问题,synchronized关键字引入了这个可重入的特性,就是对于这个相同的锁对象,我们可以重入,就是反复的入,也就是反复地加锁,这个是可以被允许的;

当然,这个死锁的现象是针对于这个相同的锁对象多次加锁,这个时候才可能会出现死锁的情况,如果每一次加锁针对的锁对象不是一样的,这个时候是不会出现我们的死锁现象的;

java 复制代码
synchronized(locker){
    //下面的这个是针对于一个新的锁对象进行加锁,这个时候肯定不会出现死锁的情况,无论是不是可重入的
	synchronized(locker2){
		.......
	}
}

那么,在这个可重入的特性下,我们的这个锁什么时候打开呢,正确答案是,直到所有的这个锁全部加上之后,直到我们的这个最外层大括号的时候,这个锁才会被打开;

具体到下面的这个情况,就是执行到最后一个}的时候,这个锁才会被打开,这个过程里面,我们会不断的进行计数,就是这个锁一共加上了几层,即n++,打开的时候,也会不断的对于这个n--直到这个走到最后一个}的时候,这个时候的n=0,也就是我们释放锁的时候;

synchronized(locker){
	synchronized(locker){
		synchronized(locker){
			synchronized(locker){
				synchronized(locker){
					..........
				}
			}
		}
	}
}

5.关于死锁的分析总结

5.1死锁的分析

1.一个对象,被连续两次上锁,这个时候如果是不可重入锁,就会发生死锁的现象;

2.两个对象,两把锁,这个时候无论是不是可重入的,都会发生这个死锁现象;

这个经典案例就是我们的钥匙落在了车里,车钥匙落在了家里,这个时候就会出现思索的现象;

这个时候家和车就是两个对象,我们的车钥匙和家钥匙就是锁,这个时候出现的情况就是我们的死锁的现象;

3.N个对象,M把锁,这个时候就是上面的两个对象两把锁的扩展,这个时候更加容易出现死锁的现象;

最经典的N歌对象,M把锁的问题就是我们的哲学家就餐问题:

这个时候我们是使用5个滑稽作为案例的,没有画出来很多,我们的滑稽在就餐的时候,每一个人都是拿走的自己的最近的一个筷子,这个时候,每一个人只有一个,谁都无法就餐,所有的人就是阻塞的状态,这个时候就会出现死锁的现象;(下面我们会介绍这个解决的方案);

5.2死锁成因的必要条件

死锁的成因,需要满足下面的这四个条件,并且是同时满足的:

1.互斥使用(死锁的基本特性):当一个线程有一把锁之后,另外一个线程想要使用这个锁,需要进行阻塞等待;

2.不可抢占(死锁的基本特性):当一个锁被线程1拿到之后,线程2只能等待这个线程1主动地进行释放,否则只能处于等待的状态;

3.请求保持(代码结构):一个线程尝试获取多把锁,先拿到第一把锁之后,尝试获取第二把锁,获取这个锁的时候,第一把锁不会被释放;

4.循环等待/环路等待:等待之间的依赖关系,形成了换;

例如一个例子:钥匙锁在了车里,车钥匙锁在了家里;这个就是一个循环的环路等待,这个结果就是一个死循环,也是死锁的一个成因;

5.3死锁的解决方案

解决死锁问题的核心就是要破坏上面的必要条件,但是这个里面的第一和第二个必要条件就是我们的锁的特性,因此这个不需要进行考虑,我们主要针对于3,4两个必要条件进行解决;

针对于3这个现象,我们需要进行这个代码结构的调整,不要把两个加锁的代码放到一个代码块里面去;

针对于4这个现象,我们需要进行编号操作,可以有效的解决这个问题:

还是使用这个哲学家的就餐问题,我们进行编号之后,让每一个滑稽取出来这个最小的编号的筷子(自己面前的两个筷子里面的最小的),这样的话,我们的问题就解决了;

我们可以分析一下这个就餐的过程,我们的拿筷子的情况如图所示,每一个人拿的都是自己的这个面前的两个里面的最小的编号,我们的最后一个滑稽取筷子的时候,1和5相比,肯定是1小,这个时候他就不可以取走这个5编号的筷子,这个时候的1已经是被和他相邻的这个滑稽取走了,因此这个时候,只能等待人家用完;

因此这个时候我们的左上角的这个滑稽就可以拿到这个5开始就餐,放下筷子之后,我们的左下角的这个滑稽拿到这个4号筷子吃饭,以此类推,直到我们的右上角的这个滑稽放下筷子,这个时候我们的最上面的这个滑稽就可以吃饭了,这个线程的死锁问题就被解决了;

定是1小,这个时候他就不可以取走这个5编号的筷子,这个时候的1已经是被和他相邻的这个滑稽取走了,因此这个时候,只能等待人家用完;

因此这个时候我们的左上角的这个滑稽就可以拿到这个5开始就餐,放下筷子之后,我们的左下角的这个滑稽拿到这个4号筷子吃饭,以此类推,直到我们的右上角的这个滑稽放下筷子,这个时候我们的最上面的这个滑稽就可以吃饭了,这个线程的死锁问题就被解决了;

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