Java線程基礎
線程狀態
在Thread.java類文件中，有一個state靜態枚舉內部類，預定義了Thread的狀態。
| State Name | Dec |
|---|---|
| NEW | 線程未開啟 |
| RUNNABLE | 線程可運行狀態，一個可運行的線程在JVM中運行，但有可能因為處理器等操作系統的原因處于等待 |
| BLOCKED | 阻塞狀態，處于阻塞狀態的線程，等待監視器的鎖。例如調用Object.wait()后，線程處于阻塞，等待獲取監視器的鎖進入同步代碼塊、方法或重新進入同步代碼塊、方法。 |
| WAITING | 等待狀態，一個等待狀態的線程等待另一個線程去執行特定的操作。例如一個線程使用了Thread.join()，該線程等待指定線程終結；一個線程調用了一個對象的wait()，等待另一個線程調用這個對象的notify()/notifyAll()喚醒等待的線程。 |
| TIMED_WAITING | 線程等待指定的時間。 |
| TERMINATED | 線程被終止，線程完成任務。 |
BLOCKED&WAITING
在文檔中介紹，BOLCKED狀態主要指多線程程序運行時，多個線程進入臨界區，線程互相排斥，等待鎖的獲取與釋放。而WAITING泛指處于等待狀態的線程等待另一個線程去執行任務。
WAITING狀態是因為Object.wait()，Thread.join()等方法(無參重載方法，不需要指定時間)造成的。而BLOCKED主要是因為同步中鎖的獲取與釋放以及IO流阻塞方法。
WAITING&TIMED_WAITING
WAITING與TIMED_WAITHING的區別在于WAITING需要手動喚醒，例如調用Object.notify()/Object.notifyAll()；而TIMED_WAITING狀態是線程等待一定的時間。
造成TIMED_WAITING狀態的原因可能是調用了以下方法：
- Thread.sleep()
- Object.wait()的指定時間重載方法
- Thread.join()的指定時間重載方法
- 等等
jstack
使用JDK內置工具jstack可以查看線程處于什么狀態。一般的jstack查看命令jstack pid。而pid是指Java虛擬機的進程id，可以通過jps命令來查看。
了解了線程狀態，以及他們的原因和解決辦法，遇到問題時就有頭緒解決。例如線程處于阻塞狀態，可能是因為臨界區的鎖沒有釋放等。
更多JDK內置工具可以參考 jstack命令(Java Stack Trace)
參考
Lock
一般實現同步，都是給代碼臨界區加上synchronized，變成同步語句或同步方法。這樣保證線程排斥，同一時刻只允許一個線程進入代碼臨界區。實際上，執行同步方法或語句之前，線程隱式的給實例（或類）加了一個鎖。在Java中可以顯示加鎖。
鎖的作用
Lock實際上創建的是相互排斥的鎖。當線程執行臨界區時，首先通過lock.lock()獲取鎖，執行完畢后通過lock.unlock()釋放鎖，讓其他獲取到鎖的線程有機會執行。由于是排斥的鎖，所以同一時刻只有一個線程可以進入代碼臨界區。
代碼編寫過程中，一般使用try-finally，在finally塊中釋放鎖。
線程協作
由于線程的調度完全由CPU分配(線程共享CPU時間切片)，導致程序無法按照開發人員設計運行。所以線程之間的協作尤為重要。
可以通過Lock.newCondition()創建一個條件對象(Condition)。線程間的協作需要通信，通過Condition對象線程間相互通信，指定線程在條件下該做何種操作。
創建條件實例后，可以通過以下方法實現線程通信：
- await()，使線程進入WAITING狀態，直到執行條件發生，通過手動喚醒；
- signal()，條件滿足，喚醒該條件等待的一條線程；
- signalAll()，條件滿足，喚醒該條件等待的所有線程。
注意，使用條件的方法前，必須已經獲取了鎖，否則會拋出異常。使用await()進入等待的線程，必須使用喚醒方法，否則一直處于等待(WAITING)狀態。
await()，可以讓當前鎖定臨界區的線程釋放該條件的鎖，允許其他線程進入。而且當使用signal()/signalAll()喚醒等待線程后，執行先前使用await()的下一行代碼。
監視器
鎖和條件都是Java 5中新增的內容，在此之前，線程之間的通信是通過對象內置的監視器編程實現的。
監視器是一個相互排斥且具備同步能力的對象。監視器中的一個時間點上，只能有一個線程執行一個方法。
線程通過獲取監視器上的鎖進入監視器，并且通過釋放鎖退出監視器。而這個鎖是通過線程執行synchronized方法塊或方法來獲取的。也就是說監視器對象可以是任意對象，但必須是synchronized鎖住的對象。
通過調用監視器對象的wait()來釋放鎖并且進入等待狀態，讓監視器對象中的其它線程有機會執行任務；當條件合適時，另一個線程中調用監視器的notify()/notifyAll()來通知一個或所有等待線程重新獲取鎖并且恢復執行。
當監視器調用wait()時，阻塞當前線程，并且釋放鎖。當監視器調用notify()/notifyAll()時，通知該線程啟動，并且可以獲取鎖。
Object的wait()、notify()、notifyAll()類似于Condition的await()、signal()、signalAll()。
死鎖
又是兩個線程或多個線程需要在幾個共享對象上獲取鎖，這就有可能導致死鎖。
例如，線程a獲取了對象A的鎖，并且在等待對象B的鎖；而此時線程b獲取了對象B的鎖，在等待對象A的鎖。這樣一來線程a，b都無法獲取到需要的鎖繼續執行任務(沒有線程釋放所需的鎖)，導致死鎖。
解決辦法是通過資源排序技術。該技術指定給對象上鎖順序，避免死鎖。
例如指定對象A，B上鎖的順序必須是A在前，那么線程a，b就不會死鎖，因為線程b必須先獲取對象A的鎖才可以獲取對象B的鎖，否則一直處于BLOCKED。
一個線程從一個共享對象獲取鎖后，此時有另一個線程獲取該對象的鎖時，由于鎖的互斥，第二個線程無法執行。
中斷線程
終止線程有兩個原因：
- 線程的run()執行到最后一條語句，并執行return語句返回時，自然終止；
- 線程的run()執行時遇到一個沒有捕獲的異常意外終止。
沒有可以強制終止線程的方法（stop()被廢棄），但是可以使用interrupt()來請求終止線程，當調用它時，線程的中斷狀態被置位。這是每一個線程都有一個boolean標志位，且應該不時地去檢查這個標志位，以判斷線程是否被中斷。
沒有強制線程終止的方法，但是通過interrupt()方法，可以將中斷狀態標志位置位，然后去檢查它，來判斷線程是否被中斷（實際上線程未終止，可以根據標志位去執行特定的操作）。
當一個線程在調用interrupt()后，被置于阻塞狀態(阻塞調用后進入阻塞狀態，sleep或wait等方法的執行)，就會拋出InterruptedException異常，中斷阻塞調用。
線程的中斷非終止。任何語言都沒有需求要求一個被中斷的線程應該被終止（置線程于TERMINATED狀態）。
中斷線程是引起線程的注意，被中斷的線程決定如何響應中斷，保證了線程在安全的時候停止。普遍的處理是線程將中斷作為一個終止請求。
public void run() {
try {
...
while(!Thread.currentThread().isInterrupted() //check interrput boolean
&& more work to do) {
do more work
}
}catch(InterruptedException) {
//Thread was interrupted during sleep or wait
}finally {
cleanup,if required //do something for terminated
}
//exiting the run method terminates the thread
}
中斷方法
-
void interrupt()，請求中斷，中斷標志位置位。 -
static boolean interrupted()，靜態方法，檢測當前線程是否被中斷(其實代碼就是檢測中斷標志位)，且清楚該線程的中斷標志位值。如果被中斷，返回TRUE，否則返回FALSE。 -
boolean isInterrupted()，用來檢測是否有線程被中斷，但是不會清楚中斷狀態。如果被中斷，返回TRUE，否則返回FALSE。
GUI線程
Java的GUI事件處理和繪制任務在一個event dispatch thread中執行。這是因為大多數GUI方法都是非線程安全的，如果從多線程中執行這些任務會造成沖突。
線程安全，如果一段代碼在多線程程序中沒有導致競爭狀態，則稱這樣的代碼是線程安全的。
可以通過javax.swing.Utilities類中的靜態方法，在event dispatch thread中執行任務。
- Utilities.invokeLater()，該方法無須等待任務執行完畢就返回。
- Utilities.invokeAndWait()，該方法必須等待任務執行完畢后返回，導致方法阻塞。
信號量
信號量可以用來限制訪問共享資源的線程數量。在訪問資源之前，線程從信號量獲取許可，此時總的許可減一；在訪問完資源后，線程必須把許可釋放還給信號量。
當信號量的許可總數為1時，可以實現同步。
Thread.sleep()&Object.wait()
在以前的JDK版本中還有一個suspend()實例方法，用于阻塞線程。但是它極其容易導致死鎖，擁有鎖的線程被掛起后，在恢復之前(resume())無法釋放鎖。如果一個線程調用另一個線程suspend()，且該線程需要獲取同一個鎖時，就造成了死鎖。
Thread.sleep()也不會釋放鎖，直接阻塞線程。但是由于它是靜態方法，所以阻塞的是當前線程，不會造成死鎖。
Condition、監視器的阻塞線程的方法可以釋放鎖，當等待中的線程被喚醒時又有機會重新獲取鎖。
所以他們的主要區別有：
- 它們來自不同的類，同時sleep()屬于靜態方法，使當前線程進入TIMED_WAITING。
- sleep()不會釋放鎖，而wait()會。
- sleep()可以在線程中的任意地方調用，而wait()必須在同步方法或同步語句中調用。
- sleep()必須捕獲InterruptedExpection，而wait()不需要。
鎖的可重入
鎖的可重入是指，當一個線程試圖請求獲取已經持有的鎖時，這個請求可以成功。重入的一個重要作用是防止死鎖：
public class Father {
public synchronized void doSomething(){ ......
}
}
public class Child extends Father {
public synchronized void doSomething(){ ......
super.doSomething();
}
}
當一個線程調用Child實例的doSomething()時，首先請求獲取該實例的鎖，在執行super.doSomething()時再次請求獲取實例的鎖。
如果沒有重入，當調用super.doSomething()時無法再次獲取Child實例鎖，線程會一直阻塞下去，造成死鎖。而鎖的重入就避免了這種死鎖。
但是當退出super.soSomething()時，線程并未釋放鎖，只有退出Child實例的doSomething()時，才會釋放鎖，讓其他線程進入。
