Java多线程之线程状态转换、控制线程和线程同步

Java多线程之线程状态转换、控制线程和线程同步

• 前言：我是一名android，实际上我是大连理工大学的一名大四小白！Java多线程系列博客是我自己从众多博客以及一些书总结出来的文章。内容均为总结性内容，用于自己复习研究以及广大同仁们交流！如果大家想要看这篇博客，请务必先看看它系列博客的前一篇：Java多线程之多线程概述和三种概述方式。

（一）.线程状态转换

1. 新建状态（New）：新创建了一个线程对象。Java虚拟机为其分配内存，并初始化成员变量。
2. 就绪状态（Runnable）：线程对象调用了start()方法之后，线程处于就绪状态，Java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器。该状态的线程位于可运行线程池中，变得可运行，等待获取CPU的使用权。
3. 运行状态（Running）：就绪状态的线程获取了CPU，执行程序代码。
4. 阻塞状态（Blocked）：阻塞状态是线程因为某种原因放弃了CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行态。
   阻塞的情况分三种：
   一）、等待阻塞：运行的线程执行wait()方法，JVM会把该线程放入等待池中。(wait会释放持有的锁)
   二）、同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池中。
   （三）、其他阻塞：运行的线程执行sleep()或join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。（注意,sleep是不会释放持有的锁）

５.死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。当线程结束时，其他线程不会受到任何影响，并不会随之结束，一旦子线程启动后，它就拥有和主线程相同的地位。

（二）.控制线程

（一）.join线程：Thread提供了让一个线程等待另一个线程完成的方法–join()方法。在当前线程中调用另一个线程的join()方法，则当前线程转入阻塞状态，直到另一个进程运行结束，当前线程再由阻塞转为就绪状态。

package com.multithread.join;  
class Thread1 extends Thread{  
    private String name;  
    public Thread1(String name) {  
        super(name);  
       this.name=name;  
    }  
    public void run() {  
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 线程运行开始!");  
        for (int i = 0; i < 5; i++) {  
            System.out.println("子线程"+name + "运行 : " + i);  
            try {  
                sleep((int) Math.random() * 10);  
            } catch (InterruptedException e) {  
                e.printStackTrace();  
            }  
        }  
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 线程运行结束!");  
    }  
}  

public class Main {  

    public static void main(String[] args) {  
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"主线程运行开始!");  
        Thread1 mTh1=new Thread1("A");  
        Thread1 mTh2=new Thread1("B");  
        mTh1.start();  
        mTh2.start();  
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "主线程运行结束!");  

    }  

}  

输出结果：
main主线程运行开始!
main主线程运行结束!
B 线程运行开始!
子线程B运行 : 0
A 线程运行开始!
子线程A运行 : 0
子线程B运行 : 1
子线程A运行 : 1
子线程A运行 : 2
子线程A运行 : 3
子线程A运行 : 4
A 线程运行结束!
子线程B运行 : 2
子线程B运行 : 3
子线程B运行 : 4
B 线程运行结束!
发现主线程比子线程早结束

加join

public class Main {  

    public static void main(String[] args) {  
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"主线程运行开始!");  
        Thread1 mTh1=new Thread1("A");  
        Thread1 mTh2=new Thread1("B");  
        mTh1.start();  
        mTh2.start();  
        try {  
            mTh1.join();  
        } catch (InterruptedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        try {  
            mTh2.join();  
        } catch (InterruptedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "主线程运行结束!");  

    }  

}  

运行结果：
main主线程运行开始!
A 线程运行开始!
子线程A运行 : 0
B 线程运行开始!
子线程B运行 : 0
子线程A运行 : 1
子线程B运行 : 1
子线程A运行 : 2
子线程B运行 : 2
子线程A运行 : 3
子线程B运行 : 3
子线程A运行 : 4
子线程B运行 : 4
A 线程运行结束!
主线程一定会等子线程都结束了才结束

（二）.后台线程：有一种线程它是在后台运行的，任务是为其他的线程提供服务,这种线程被称为“后台线程”。JVM的垃圾回收线程就是典型的后台线程。
　　后台线程有一个典型特征，前台线程都死亡了，后台线程会自动死亡。调用Thread对象的setDaemon(true)方法可以将指定线程设定为后台线程。

（三）.线程睡眠 Sleep：Thread.sleep(long millis)方法，使线程转到阻塞状态。millis参数设定睡眠的时间，以毫秒为单位。当睡眠结束后，就转为就绪（Runnable）状态。sleep()平台移植性好。

(四).线程让步 yield：暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。 Thread.yield()方法作用是：暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。 yield()应该做的是让当前运行线程回到可运行状态，以允许具有相同优先级的其他线程获得运行机会。因此，使用yield()的目的是让相同优先级的线程之间能适当的轮转执行。但是，实际中无法保证yield()达到让步目的，因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。

package com.multithread.yield;  
class ThreadYield extends Thread{  
    public ThreadYield(String name) {  
        super(name);  
    }  

    @Override  
    public void run() {  
        for (int i = 1; i <= 50; i++) {  
            System.out.println("" + this.getName() + "-----" + i);  
            // 当i为30时，该线程就会把CPU时间让掉，让其他或者自己的线程执行（也就是谁先抢到谁执行）  
            if (i ==30) {  
                this.yield();  
            }  
        }  

}  
}  

public class Main {  

    public static void main(String[] args) {  

        ThreadYield yt1 = new ThreadYield("张三");  
        ThreadYield yt2 = new ThreadYield("李四");  
        yt1.start();  
        yt2.start();  
    }  

} 

第一种情况：李四（线程）当执行到30时会CPU时间让掉，这时张三（线程）抢到CPU时间并执行。
第二种情况：李四（线程）当执行到30时会CPU时间让掉，这时李四（线程）抢到CPU时间并执行。

【sleep()和yield()的区别】sleep()使当前线程处于阻塞状态，所以执行sleep()的线程在指定时间内肯定不会被执行；yield()方法只是使当前程序重新回到可执行状态，所以执行yield()的线程有可能在进入到可执行状态后马上又被执行。sleep()方法允许较低优先权的线程获得运行机会，但yield()方法只会让相同或较高优先权的线程获得运行机会。

（五）.中断线程：interrupt();

（六）.wait():Obj.wait()，与Obj.notify()必须要与synchronized(Obj)一起使用，也就是wait,与notify是针对已经获取了Obj锁进行操作，从语法角度来说就是Obj.wait(),Obj.notify必须在synchronized(Obj){…}语句块内。从功能上来说wait就是说线程在获取对象锁后，主动释放对象锁，同时本线程休眠。直到有其它线程调用对象的notify()唤醒该线程，才能继续获取对象锁，并继续执行。相应的notify()就是对对象锁的唤醒操作。但有一点需要注意的是notify()调用后，并不是马上就释放对象锁的，而是在相应的synchronized(){}语句块执行结束，自动释放锁后，JVM会在wait()对象锁的线程中随机选取一线程，赋予其对象锁，唤醒线程，继续执行。这样就提供了在线程间同步、唤醒的操作。Thread.sleep()与Object.wait()二者都可以暂停当前线程，释放CPU控制权，主要的区别在于Object.wait()在释放CPU同时，释放了对象锁的控制。
　　 【例子】单单在概念上理解清楚了还不够，需要在实际的例子中进行测试才能更好的理解。对Object.wait()，Object.notify()的应用最经典的例子，应该是三线程打印ABC的问题了吧，这是一道比较经典的面试题，题目要求如下：
　　 建立三个线程，A线程打印10次A，B线程打印10次B,C线程打印10次C，要求线程同时运行，交替打印10次ABC。这个问题用Object的wait()，notify()就可以很方便的解决。代码如下：

package com.multithread.wait;
public class MyThreadPrinter2 implements Runnable {   

    private String name;   
    private Object prev;   
    private Object self;   

    private MyThreadPrinter2(String name, Object prev, Object self) {   
        this.name = name;   
        this.prev = prev;   
        this.self = self;   
    }   

    @Override  
    public void run() {   
        int count = 10;   
        while (count > 0) {   
            synchronized (prev) {   
                synchronized (self) {   
                    System.out.print(name);   
                    count--;  

                    self.notify();   
                }   
                try {   
                    prev.wait();   
                } catch (InterruptedException e) {   
                    e.printStackTrace();   
                }   
            }   

        }   
    }   

    public static void main(String[] args) throws Exception {   
        Object a = new Object();   
        Object b = new Object();   
        Object c = new Object();   
        MyThreadPrinter2 pa = new MyThreadPrinter2("A", c, a);   
        MyThreadPrinter2 pb = new MyThreadPrinter2("B", a, b);   
        MyThreadPrinter2 pc = new MyThreadPrinter2("C", b, c);   


        new Thread(pa).start();
        Thread.sleep(100);  //确保按顺序A、B、C执行
        new Thread(pb).start();
        Thread.sleep(100);  
        new Thread(pc).start();   
        Thread.sleep(100);  
        }   
}  

输出结果：
ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC

【解释】先来解释一下其整体思路，从大的方向上来讲，该问题为三线程间的同步唤醒操作，主要的目的就是ThreadA->ThreadB->ThreadC->ThreadA循环执行三个线程。为了控制线程执行的顺序，那么就必须要确定唤醒、等待的顺序，所以每一个线程必须同时持有两个对象锁，才能继续执行。一个对象锁是prev，就是前一个线程所持有的对象锁。还有一个就是自身对象锁。主要的思想就是，为了控制执行的顺序，必须要先持有prev锁，也就前一个线程要释放自身对象锁，再去申请自身对象锁，两者兼备时打印，之后首先调用self.notify()释放自身对象锁，唤醒下一个等待线程，再调用prev.wait()释放prev对象锁，终止当前线程，等待循环结束后再次被唤醒。运行上述代码，可以发现三个线程循环打印ABC，共10次。程序运行的主要过程就是A线程最先运行，持有C,A对象锁，后释放A,C锁，唤醒B。线程B等待A锁，再申请B锁，后打印B，再释放B，A锁，唤醒C，线程C等待B锁，再申请C锁，后打印C，再释放C,B锁，唤醒A。看起来似乎没什么问题，但如果你仔细想一下，就会发现有问题，就是初始条件，三个线程按照A,B,C的顺序来启动，按照前面的思考，A唤醒B，B唤醒C，C再唤醒A。但是这种假设依赖于JVM中线程调度、执行的顺序。

【wait和sleep区别】
共同点：

1. 他们都是在多线程的环境下，都可以在程序的调用处阻塞指定的毫秒数，并返回。
2. wait()和sleep()都可以通过interrupt()方法 打断线程的暂停状态 ，从而使线程立刻抛出InterruptedException。
   如果线程A希望立即结束线程B，则可以对线程B对应的Thread实例调用interrupt方法。如果此刻线程B正在wait/sleep /join，则线程B会立刻抛出InterruptedException，在catch() {} 中直接return即可安全地结束线程。
   需要注意的是，InterruptedException是线程自己从内部抛出的，并不是interrupt()方法抛出的。对某一线程调用 interrupt()时，如果该线程正在执行普通的代码，那么该线程根本就不会抛出InterruptedException。但是，一旦该线程进入到 wait()/sleep()/join()后，就会立刻抛出InterruptedException 。
   不同点：
3. Thread类的方法：sleep(),yield()等
   Object的方法：wait()和notify()等
4. 每个对象都有一个锁来控制同步访问。Synchronized关键字可以和对象的锁交互，来实现线程的同步。
   sleep方法没有释放锁，而wait方法释放了锁，使得其他线程可以使用同步控制块或者方法。
5. wait，notify和notifyAll只能在同步控制方法或者同步控制块里面使用，而sleep可以在任何地方使用
6. sleep必须捕获异常，而wait，notify和notifyAll不需要捕获异常

【总结】

• sleep（）方法

sleep()使当前线程进入停滞状态（阻塞当前线程），让出CUP的使用、目的是不让当前线程独自霸占该进程所获的CPU资源，以留一定时间给其他线程执行的机会;
　　
sleep()是Thread类的Static(静态)的方法；因此他不能改变对象的机锁，所以当在一个Synchronized块中调用Sleep()方法是，线程虽然休眠了，但是对象的机锁并木有被释放，其他线程无法访问这个对象（即使睡着也持有对象锁）。

在sleep()休眠时间期满后，该线程不一定会立即执行，这是因为其它线程可能正在运行而且没有被调度为放弃执行，除非此线程具有更高的优先级。

• wait（）方法

wait()方法是Object类里的方法；当一个线程执行到wait()方法时，它就进入到一个和该对象相关的等待池中，同时失去（释放）了对象的机锁（暂时失去机锁，wait(longtimeout)超时时间到后还需要返还对象锁）；其他线程可以访问；

wait()使用notify或者notifyAlll或者指定睡眠时间来唤醒当前等待池中的线程。

wiat()必须放在synchronized block中，否则会在program runtime时扔出”java.lang.IllegalMonitorStateException“异常。

（七）.改变线程优先级

• Thread类提供了setPriority(int newPriority)来设置和返回线程的优先级，其中setPriority()方法的参数可以是一个整数，范围是1—10之间。还有下面三个常量：
• MIN_PRIORITY = 1
  NORM_PRIORITY = 5
  MAX_PRIORITY = 10

（三）.常见线程名词解释和常用方法：

主线程：JVM调用程序main()所产生的线程。
当前线程：这个是容易混淆的概念。一般指通过Thread.currentThread()来获取的进程。
后台线程：指为其他线程提供服务的线程，也称为守护线程。JVM的垃圾回收线程就是一个后台线程。用户线程和守护线程的区别在于，是否等待主线程依赖于主线程结束而结束
前台线程：是指接受后台线程服务的线程，其实前台后台线程是联系在一起，就像傀儡和幕后操纵者一样的关系。傀儡是前台线程、幕后操纵者是后台线程。由前台线程创建的线程默认也是前台线程。可以通过isDaemon()和setDaemon()方法来判断和设置一个线程是否为后台线程。

• sleep(): 强迫一个线程睡眠Ｎ毫秒。
  　　isAlive(): 判断一个线程是否存活。
  　　join(): 等待线程终止。
  　　activeCount(): 程序中活跃的线程数。
  　　enumerate(): 枚举程序中的线程。
  currentThread(): 得到当前线程。
  　　isDaemon(): 一个线程是否为守护线程。
  　　setDaemon(): 设置一个线程为守护线程。(用户线程和守护线程的区别在于，是否等待主线程依赖于主线程结束而结束)
  　　setName(): 为线程设置一个名称。
  　　wait(): 强迫一个线程等待。
  　　notify(): 通知一个线程继续运行。
  　　setPriority(): 设置一个线程的优先级。