java 多线程总结篇3之——生命周期和线程同步
一、生命周期
线程的生命周期全在一张图中，理解此图是基本：
线程状态图
一、新建和就绪状态
当程序使用new关键字创建了一个线程之后，该线程就处于新建状态，此时它和其他的Java对象一样，仅仅由Java虚拟机为其分配内存，并初始化其成员变量的值。此时的线程对象没有表现出任何线程的动态特征，程序也不会执行线程的线程执行体。
当线程对象调用了start()方法之后，该线程处于就绪状态。Java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器，处于这个状态中的线程并没有开始运行，只是表示该线程可以运行了。至于该线程何时开始运行，取决于JVM里线程调度器的调度。
注意：启动线程使用start()方法，而不是run()方法。永远不要调用线程对象的run()方法。调用start0方法来启动线程，系统会把该run()方法当成线程执行体来处理；但如果直按调用线程对象的run()方法，则run()方法立即就会被执行，而且在run()方法返回之前其他线程无法并发执行。也就是说，系统把线程对象当成一个普通对象，而run()方法也是一个普通方法，而不是线程执行体。需要指出的是，调用了线程的run()方法之后，该线程已经不再处于新建状态，不要再次调用线程对象的start()方法。只能对处于新建状态的线程调用start()方法，否则将引发IllegaIThreadStateExccption异常。 |
调用线程对象的start()方法之后，该线程立即进入就绪状态——就绪状态相当于"等待执行"，但该线程并未真正进入运行状态。如果希望调用子线程的start()方法后子线程立即开始执行，程序可以使用Thread.sleep(1) 来让当前运行的线程（主线程）睡眠1毫秒，1毫秒就够了，因为在这1毫秒内CPU不会空闲，它会去执行另一个处于就绪状态的线程，这样就可以让子线程立即开始执行。
二、运行和阻塞状态
2.1 线程调度
如果处于就绪状态的线程获得了CPU，开始执行run()方法的线程执行体，则该线程处于运行状态，如果计算机只有一个CPU。那么在任何时刻只有一个线程处于运行状态，当然在一个多处理器的机器上，将会有多个线程并行执行；当线程数大于处理器数时，依然会存在多个线程在同一个CPU上轮换的现象。
当一个线程开始运行后，它不可能一直处于运行状态（除非它的线程执行体足够短，瞬间就执行结束了）。线程在运行过程中需要被中断，目的是使其他线程获得执行的机会，线程调度的细节取决于底层平台所采用的策略。对于采用抢占式策略的系统而言，系统会给每个可执行的线程一个小时间段来处理任务；当该时间段用完后，系统就会剥夺该线程所占用的资源，让其他线程获得执行的机会。在选择下一个线程时，系统会考虑线程的优先级。
所有现代的桌面和服务器操作系统都采用抢占式调度策略，但一些小型设备如手机则可能采用协作式调度策略，在这样的系统中，只有当一个线程调用了它的sleep()或yield()方法后才会放弃所占用的资源——也就是必须由该线程主动放弃所占用的资源。
2.2 线程阻塞
当发生如下情况时，线程将会进入阻塞状态
① 线程调用sleep()方法主动放弃所占用的处理器资源
② 线程调用了一个阻塞式IO方法，在该方法返回之前，该线程被阻塞
③ 线程试图获得一个同步监视器，但该同步监视器正被其他线程所持有。关于同步监视器的知识、后面将存更深入的介绍
④ 线程在等待某个通知（notify）
⑤ 程序调用了线程的suspend()方法将该线程挂起。但这个方法容易导致死锁，所以应该尽量避免使用该方法
当前正在执行的线程被阻塞之后，其他线程就可以获得执行的机会。被阻塞的线程会在合适的时候重新进入就绪状态，注意是就绪状态而不是运行状态。也就是说，被阻塞线程的阻塞解除后，必须重新等待线程调度器再次调度它。
2.3 解除阻塞
针对上面几种情况，当发生如下特定的情况时可以解除上面的阻塞，让该线程重新进入就绪状态：
① 调用sleep()方法的线程经过了指定时间。
② 线程调用的阻塞式IO方法已经返回。
③ 线程成功地获得了试图取得的同步监视器。
④ 线程正在等待某个通知时，其他线程发出了个通知。
⑤ 处于挂起状态的线程被调甩了resdme()恢复方法。
线程从阻塞状态只能进入就绪状态，无法直接进入运行状态。而就绪和运行状态之间的转换通常不受程序控制，而是由系统线程调度所决定。当处于就绪状态的线程获得处理器资源时，该线程进入运行状态；当处于运行状态的线程失去处理器资源时，该线程进入就绪状态。但有一个方法例外，调用yield()方法可以让运行状态的线程转入就绪状态。关于yield()方法后面有更详细的介纽。
三、线程死亡
3.1 死亡状态
线程会以如下3种方式结束，结束后就处于死亡状态：
① run()或call()方法执行完成，线程正常结束。
② 线程抛出一个未捕获的Exception或Error。
③ 直接调用该线程stop()方法来结束该线程——该方法容易导致死锁，通常不推荐使用。
四、重难点考察
1. 有哪些不同的线程生命周期？
当线程被创建并启动以后，它既不是一启动就进入了执行状态，也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中，它要经过新建(New)、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞(Blocked)和死亡(Dead)5种状态。尤其是当线程启动以后，它不可能一直"霸占"着CPU独自运行，所以CPU需要在多条线程之间切换，于是线程状态也会多次在运行、阻塞之间切换
1. 新建状态，当程序使用new关键字创建了一个线程之后，该线程就处于新建状态，此时仅由JVM为其分配内存，并初始化其成员变量的值
2. 就绪状态，当线程对象调用了start()方法之后，该线程处于就绪状态。Java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器，等待调度运行
3. 运行状态，如果处于就绪状态的线程获得了CPU，开始执行run()方法的线程执行体，则该线程处于运行状态
4. 阻塞状态，当处于运行状态的线程失去所占用资源之后，便进入阻塞状态
5. 在线程的生命周期当中，线程的各种状态的转换过程
2.线程状态，BLOCKED 和 WAITING 有什么区别
线程可以通过wait,join,LockSupport.park方式进入wating状态，进入wating状态的线程等待唤醒(notify或notifyAll)才有机会获取cpu的时间片段来继续执行。线程的 blocked状态往往是无法进入同步方法/代码块来完成的。这是因为无法获取到与同步方法/代码块相关联的锁。与wating状态相关联的是等待队列，与blocked状态相关的是同步队列，一个线程由等待队列迁移到同步队列时，线程状态将会由wating转化为blocked。可以这样说，blocked状态是处于wating状态的线程重新焕发生命力的必由之路。
不过个人觉得实际上不用可以区分两者, 因为两者都会暂停线程的执行. 两者的区别是: 进入waiting状态是线程主动的, 而进入blocked状态是被动的. 更进一步的说, 进入blocked状态是在同步(synchronized代码之外), 而进入waiting状态是在同步代码之内.
3.ThreadLocal用途是什么，原理是什么，用的时候要注意什么？
在多线程程序中，同一个线程在某个时间段只能处理一个任务，我们希望在这个时间段内,任务的某些变量能够和处理它的线程进行绑定，,在任务需要使用这个变量的时候，这个变量能够方便的从线程中取出来。ThreadLocal能很好的满足这个需求，用ThreadLocal变量的程序看起来也会简洁很多，因为减少了变量在程序中的传递，每个运行的线程都会有一个类型为ThreadLocal。ThreadLocalMap的map，这个map就是用来存储与这个线程绑定的变量,map的key就是ThreadLocal对象，value就是线程正在执行的任务中的某个变量的包装类Entry、在使用ThreadLocal对象，尽量使用static，不然会使线程的ThreadLocalMap产生太多Entry，从而造成内存泄露。
4.Java中用到的线程调度算法是什么？
5.什么是多线程中的上下文切换？
即使是单核CPU也支持多线程执行代码，CPU通过给每个线程分配CPU时间片来实现这个机制。时间片是CPU分配给各个线程的时间，因为时间片非常短，所以CPU通过不停地切换线程执行，让我们感觉多个线程时同时执行的，时间片一般是几十毫秒（ms）。CPU通过时间片分配算法来循环执行任务，当前任务执行一个时间片后会切换到下一个任务。但是，在切换前会保存上一个任务的状态，以便下次切换回这个任务时，可以再次加载这个任务的状态，从任务保存到再加载的过程就是一次上下文切换。
6、你对线程优先级的理解是什么？
每一个线程都是有优先级的, 一般来说, 高优先级的线程在运行时会具有优先权, 但这依赖于线程调度的实现, 这个实现是和操作系统相关的. 我们可以定义线程的优先级getPriority() setPriority(), 但是这并不能保证高优先级的线程会在低优先级的线程前执行. 县城优先级是一个int变量, 1代表最低, 10代表最高。
7、什么是线程调度器 (Thread Scheduler) 和时间分片 (Time Slicing)?
线程调度器是一个操作系统服务, 它负责为Runnable状态的线程分配CPU时间, 一旦我们创建一个线程并启动它, 它的执行便依赖于线程调度器的实现。时间分片是指将可用的CPU时间分配给可用的Runnable线程的过程。分配的CPU时间可以基于线程的优先级或者线程的等待时间, 线程调度并不受到Java虚拟机控制, 所以由应用程序来控制它是更好的选择(也就是说不要让你的程序依赖于线程优先级)。
二、线程同步
java允许多线程并发控制，当多个线程同时操作一个可共享的资源变量时（如数据的增删改查）， 将会导致数据不准确，相互之间产生冲突，因此加入同步锁以避免在该线程没有完成操作之前，被其他线程的调用， 从而保证了该变量的唯一性和准确性。
1、 请说出你所知的线程同步的方法
1.同步方法。即有synchronized关键字修饰的方法。 由于java的每个对象都有一个内置锁，当用此关键字修饰方法时， 内置锁会保护整个方法。在调用该方法前，需要获得内置锁，否则就处于阻塞状态。代码如：
public synchronized void save(){}
//注：synchronized关键字也可以修饰静态方法，此时如果调用该静态方法，将会锁住整个类
2.同步代码块，即有synchronized关键字修饰的语句块。 被该关键字修饰的语句块会自动被加上内置锁，从而实现同步
//代码如：
synchronized(object){
}
注：同步是一种高开销的操作，因此应该尽量减少同步的内容。 通常没有必要同步整个方法，使用synchronized代码块同步关键代码即可。
/** * 线程同步的运用 */ public class SynchronizedThread { class Bank { private int account = 100; public int getAccount() { return account; } /** * 用同步方法实现 * @param money */ public synchronized void save(int money) { account += money; } /** * 用同步代码块实现 * @param money */ public void save1(int money) { synchronized (this) { account += money; } } } class NewThread implements Runnable { private Bank bank; public NewThread(Bank bank) { this.bank = bank; } @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { // bank.save1(10); bank.save(10); System.out.println(i + "账户余额为：" + bank.getAccount()); } } } /** * 建立线程，调用内部类 */ public void useThread() { Bank bank = new Bank(); NewThread new_thread = new NewThread(bank); System.out.println("线程1"); Thread thread1 = new Thread(new_thread); thread1.start(); System.out.println("线程2"); Thread thread2 = new Thread(new_thread); thread2.start(); } public static void main(String[] args) { SynchronizedThread st = new SynchronizedThread(); st.useThread(); } }
3.使用特殊域变量(volatile)实现线程同步
a.volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制，
b.使用volatile修饰域相当于告诉虚拟机该域可能会被其他线程更新，
c.因此每次使用该域就要重新计算，而不是使用寄存器中的值
d.volatile不会提供任何原子操作，它也不能用来修饰final类型的变量
//只给出要修改的代码，其余代码与上同 class Bank { //需要同步的变量加上volatile private volatile int account = 100; public int getAccount() { return account; } //这里不再需要synchronized public void save(int money) { account += money; } ｝
注：多线程中的非同步问题主要出现在对域的读写上，如果让域自身避免这个问题，则就不需要修改操作该域的方法。 用final域，有锁保护的域和volatile域可以避免非同步的问题。
4.使用重入锁实现线程同步，在JavaSE5.0中新增了一个java.util.concurrent包来支持同步。 ReentrantLock类是可重入、互斥、实现了Lock接口的锁， 它与使用synchronized方法和快具有相同的基本行为和语义，并且扩展了其能力ReenreantLock类的常用方法有：
ReentrantLock() : 创建一个ReentrantLock实例 lock() : 获得锁 unlock() : 释放锁
注：ReentrantLock()还有一个可以创建公平锁的构造方法，但由于能大幅度降低程序运行效率，不推荐使用
5.使用局部变量实现线程同步。如果使用ThreadLocal管理变量，则每一个使用该变量的线程都获得该变量的副本， 副本之间相互独立，这样每一个线程都可以随意修改自己的变量副本，而不会对其他线程产生影响。
ThreadLocal 类的常用方法
ThreadLocal() : 创建一个线程本地变量 get() : 返回此线程局部变量的当前线程副本中的值 initialValue() : 返回此线程局部变量的当前线程的"初始值" set(T value) : 将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为value
注：ThreadLocal与同步机制：a.ThreadLocal与同步机制都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题。 b.前者采用以"空间换时间"的方法，后者采用以"时间换空间"的方式
6.使用阻塞队列实现线程同步，7.使用原子变量实现线程同步
以上详情可以参考《关于线程同步的7种方式》
2、 synchronized 的原理是什么
Synchronized的语义底层是通过一个monitor（监视器锁）来实现的。Synchronized进过编译，会在同步块的前后分别形成monitorenter和monitorexit这个两个字节码指令。在执行monitorenter指令时，首先要尝试获取对象锁。如果这个对象没被锁定，或者当前线程已经拥有了那个对象锁，把锁的计算器加1，相应的，在执行monitorexit指令时会将锁计算器就减1，当计算器为0时，锁就被释放了。如果获取对象锁失败，那当前线程就要阻塞，直到对象锁被另一个线程释放为止。
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monitorenter ： Each object is associated with a monitor. A monitor is locked if and only if it has an owner. The thread that executes monitorenter attempts to gain ownership of the monitor associated with objectref, as follows: |
每个对象有一个监视器锁（monitor）。当monitor被占用时就会处于锁定状态，线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权，过程如下：
1、如果monitor的进入数为0，则该线程进入monitor，然后将进入数设置为1，该线程即为monitor的所有者。
2、如果线程已经占有该monitor，只是重新进入，则进入monitor的进入数加1.
3.如果其他线程已经占用了monitor，则该线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，再重新尝试获取monitor的所有权。
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monitorexit： The thread that executes monitorexit must be the owner of the monitor associated with the instance referenced by objectref. |
执行monitorexit的线程必须是objectref所对应的monitor的所有者。指令执行时，monitor的进入数减1，如果减1后进入数为0，那线程退出monitor，不再是这个monitor的所有者。其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试去获取这个 monitor 的所有权。
《深入分析Synchronized》 《Java并发编程之——Synchronized》
3、 synchronized 和ReentrantLock有什么不同
相似点：这两种同步方式有很多相似之处，它们都是加锁方式同步，而且都是阻塞式的同步，也就是说当如果一个线程获得了对象锁，进入了同步块，其他访问该同步块的线程都必须阻塞在同步块外面等待，而进行线程阻塞和唤醒的代价是比较高的（操作系统需要在用户态与内核态之间来回切换，代价很高，不过可以通过对锁优化进行改善）。
区别：这两种方式最大区别就是对于Synchronized来说，它是java语言的关键字，是原生语法层面的互斥，需要jvm实现。而ReentrantLock它是JDK 1.5之后提供的API层面的互斥锁，需要lock()和unlock()方法配合try/finally语句块来完成。
总的来说，Lock提供了比synchronized更多的功能。但是要注意以下几点：
1）Lock不是Java语言内置的，synchronized是Java语言的关键字，因此是内置特性。Lock是一个类，通过这个类可以实现同步访问；
2）Lock和synchronized有一点非常大的不同，采用synchronized不需要用户去手动释放锁，当synchronized方法或者synchronized代码块执行完之后，系统会自动让线程释放对锁的占用；而Lock则必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。
《java两种线程同步方式的区别——Synchronized和ReentrantLock》
4、什么场景下可以使用 volatile 替换 synchronized
只需要保证共享资源的可见性的时候可以使用volatile替代，synchronized保证可操作的原子性一致性和可见性。 volatile适用于新值不依赖于旧值的情形
5、有T1，T2，T3三个线程，怎么确保它们按顺序执行？怎样保证T2在T1执行完后执行，T3在T2执行完后执行
这里考察的主要知识点就是线程同步机制和锁的问题，《Java 指定线程执行顺序（三种方式）》
另外关于执行顺序的问题，可以有很多的考察点，可以刷刷这个博客《java指定线程执行的顺序》
6、同步块内的线程抛出异常会发生什么
这个问题坑了很多Java程序员，若你能想到锁是否释放这条线索来回答还有点希望答对。无论你的同步块是正常还是异常退出的，里面的线程都会释放锁，所以对比锁接口我更喜欢同步块，因为它不用我花费精力去释放锁，该功能可以在finally block里释放锁实现。
7、当一个线程进入一个对象的 synchronized 方法A 之后，其它线程是否可进入此对象的 synchronized 方法B
1.其他方法前是否加了synchronized关键字，如果没加，则能。
2.如果这个方法内部调用了wait，则可以进入其他synchronized方法。
3.如果其他个方法都加了synchronized关键字，并且内部没有调用wait，则不能。
4.如果其他方法是static，它用的同步锁是当前类的字节码，与非静态的方法不能同步，因为非静态的方法用的是this。
8、使用 synchronized 修饰静态方法和非静态方法有什么区别
在static方法前加synchronizedstatic：静态方法属于类方法，它属于这个类，获取到的锁，是属于类的锁。 在普通方法前加synchronizedstatic：非static方法获取到的锁，是属于当前对象的锁。 结论：类锁和对象锁不同，他们之间不会产生互斥。
9、如何从给定集合那里创建一个 synchronized 的集合
我们可以使用Collections.synchronizedCollection(Collection c)根据指定集合来获取一个synchronized（线程安全的）集合。比如HashMap可以这样来实现线程安全：
Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap);
