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线程基础:线程(2)——JAVA中的基本线程操作(上)

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1、JAVA中线程的状态

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1-1、#对象锁

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  • 在Java中每一个对象都有一把‘锁’,这个‘锁’可以是开放状态;也可以由某一个线程(或者多个线程)持有‘钥匙’;一旦在系统中某个对象的‘锁’存在至少一把‘钥匙’,那么任何线程操作这个对象,都必须验证是否有‘钥匙’,如果没有则会报IllegalMonitorStateException异常。

  • 可是‘锁芯’(对象独占权)只有一个,那么可以打开这把锁的多个‘钥匙’同一时间内只能有一把‘钥匙’进行操作;其他持有‘钥匙’的线程(或者没有持有钥匙的线程)都要进入等待状态;直到某把‘钥匙’从‘锁眼’中退出,操作系统会决定哪一把‘钥匙’重新插入‘锁芯’(操作系统线程切换)。

  • 某一个线程在执行过程中,可以随时为任何一个对象‘加锁’;也可以随时归还这个对象锁的‘钥匙’。如果归还了这个对象锁的‘钥匙’,那么这个线程(在对象加了锁的状态下)肯定就不再具有这个对象的操作权了。

  • 需要注意:某一个线程拥有一个对象的‘锁’的‘钥匙’,并不代表这个线程的‘钥匙’是插入了‘锁芯’的(有这个对象的控制权);但是,有权抢占‘锁芯’控制权的线程,必定拥有这个对象的‘钥匙’。

  • 线程中,‘锁芯’代表对象的独占控制权;需要对某个对象的锁状态进行检测的关键字为‘synchronized’(临界区)。能将钥匙拔出锁芯,但是又不归还锁的调用方法(释放对象独占状态,并能在后续参与对象独占竞争的方法),只有wait和wait(time)。归还钥匙的方式包括:线程中针对某个对象的临界区正常完成、有异常抛出到临界区外(临界区异常完成)

请一定注意wait(time)的用法。很多初学者(包括我本人在很长一段时间)的理解都是:‘等待一段时间time,然后该线程激活继续工作’;但是如果您按照上文的描述,就会发现这样的理解是有问题的。实际上time更准确的含义应该是:到时检查。而整个wait(time)更准确的理解应该是:释放这个线程独占的X对象的锁芯(独占权),以便其它可以抢占‘锁芯’(独占权)的线程能够进行抢占,但是本线程继续持有X对象的锁的钥匙,等待time的时间后,重新参与‘锁芯’抢占(不一定能够抢占得到)。

1-2、对象锁的工作过程

下图表示了线程中,对象锁的工作过程:

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我们以一个实际代码例子来看看所描述的锁的工作过程:

 1 package test.thread.lock; 2  3 import org.apache.commons.logging.Log; 4 import org.apache.commons.logging.LogFactory; 5  6 public class ThreadLock { 7  8     /** 9      * 拿来加锁的对象10      */11     private static final Object WAIT_OBJECT = new Object();12 13     /**14      * 日志,如果您没有log4j,请使用System.out15      */16     private static final Log LOGGER = LogFactory.getLog(ThreadLock.class);17 18     /**19      * 偷懒,我把异常全部抛出了。正式系统不要这么搞哦!!20      * @param args21      * @throws Exception22      */23     public static void main(String[] args) throws Exception {24         Thread threadA = new Thread(new Runnable() {25             @Override26             public void run() {27                 // 检查‘对象锁‘状态。28                 synchronized (ThreadLock.WAIT_OBJECT) {29                     ThreadLock.LOGGER.info("做了一些事情。。。。");30                 }31             }32         });33 34         Thread threadB = new Thread(new Runnable() {35             @Override36             public void run() {37                 // 检查‘对象锁‘状态。38                 synchronized (ThreadLock.WAIT_OBJECT) {39                     ThreadLock.LOGGER.info("做了另一些事情。。。。");40                 }41             }42         });43         threadA.start();44         threadB.start();45     }46 }

代码很简单,应该不需要做过多说明吧:创建了两个线程threadA和threadB。两个线程的执行方法中都需要对ThreadLock.WAIT_OBJECT这个Object进行对象锁状态检查。下面我们通过eclipse的调试状态看看线程的执行过程:

  • threadA和threadB开始工作了。请注意,这是两个线程都没有持有任何对象锁的钥匙: 技术分享

  • ThreadA开始进行ThreadLock.WAIT_OBJECT对象锁检查,发现没有任何线程占有这个对象锁的锁芯。于是JVM为这个线程创建一把对象锁的钥匙,并让这个线程的钥匙占据锁芯(独占这个对象的操作权): 技术分享

  • 这时ThreadB也开始进行ThreadLock.WAIT_OBJECT对象锁检查,但是发现ThreadLock.WAIT_OBJECT对象锁的锁芯已经被某个线程占据(ThreadA正在独占),于是停留在检查位等待: 技术分享

  • ThreadA继续运行,直到synchronized关键字标示的临界区全部执行完毕,于是释放锁芯,归还锁。ThreadB发现ThreadLock.WAIT_OBJECT不再处于独占状态(锁芯没有任何钥匙插在哪里),于是解除等待状态,获得ThreadLock.WAIT_OBJECT的对象锁钥匙,插入锁芯,继续执行: 技术分享

1-3、synchronized可标注的位置

在JAVA中synchronized关键字可以加载很多位置。您可以在一个方法定义上加synchronized关键字、也可以在方法体中加synchronized关键字、还可以在static块中加synchronized关键字。如下的代码都是正确的:

 1 // 代码片段1 2 static { 3     synchronized(ThreadLock.class) { 4  5     } 6 } 7  8 // 代码片段2 9 public synchronized void someMethod() {10 11 }12 13 // 代码片段314 public synchronized static void someMethod() {15 16 }17 18 // 代码片段419 public static void someMethod() {20     synchronized (ThreadLock.class) {21 22     }23 }24 25 // 代码片段526 public void someMethod() {27     synchronized (ThreadLock.class) {28 29     }30 }

但是不同位置的synchronized的关键字,代表的含义是不一样的。synchronized(){}这个写法,开发人员可以指定需要检查的对象锁。但是当synchronized加载在方法上时,有的读者就感觉有点混淆了。这里详细说明一下:

  • synchronized关键字加载在非静态方法上时: 其代表的含义和synchronized(this){}的意义相同。即对所拥有这个方法的对象进行对象锁状态检查。

  • synchronized关键字加载在静态方法上时: 其代表的含义和synchronized(Class.class)的意义相类似。即对所拥有这个方法的类的对象进行对象锁状态检查(类本身也是一个对象哦 ^_^)。

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