一起分析執行緒的狀態及執行緒通訊機制
阿新 • • 發佈：2020-07-29
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多執行緒程式設計一直是普通程式設計師進階為高階程式設計師的必備技能之一！他很難，難就難在難以理解、難以除錯，出現了bug很難發現及排查。他很重要，因為我們可能隨時都面對著執行緒的切換、排程，只是這些都由CPU來幫我們完成我們無法感知。
記得我在剛開始學C語言的時候，只會在黑窗口裡面列印一個helloworld、列印一個斐波拉契數列、列印乘法口訣表。當時覺得很枯燥，也不知道這個能學來幹嘛。等到後面工作中才發現這些都是基礎，有了這些基礎才能做更高階一點的開發！其實多執行緒程式設計也是一樣，學習基礎的時候很枯燥，也不知道學了能幹嘛。我不會多執行緒程式設計不也一樣能寫CRUD麼，不也能實現工作中的需求麼？但是要是想去大廠或者網際網路公司，不會多執行緒可能就直接被pass掉了吧！
本文不會講什麼是執行緒、什麼是程序這些概念，不清楚這些概念的可以自己先去學習下，文中的程式碼都由java語言編寫！
## 執行緒的基本狀態
開局一張圖,內容全靠“編”！我們先來看一張圖。
這張圖參考網上看到的一張圖，它比較詳細的描述了執行緒的生命週期以及幾種基本狀態。這張圖我分了兩塊區域來講，我們接下來先分析下區域一。
目前正值新冠肺炎肆虐之際，口罩一時成了出門必備的稀缺之物！假設我們有個生產口罩的工廠，能夠生產及銷售口罩。
```java
class MaskFactory {
public void produce() throws InterruptedException {
// #3
// Thread.sleep(1000);
System.out.println("生產了1個口罩");
}
public void consume() {
System.out.println("消費了1個口罩");
}
}
public class Demo1 {
public static void main(String[] args) {
final MaskFactory maskFactory = new MaskFactory();
// #1
Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
try {
maskFactory.produce();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
// #2
threadA.start();
}
}
```
上述程式碼中，我們建立了一個執行緒去生產口罩，那執行緒的的狀態會經過什麼樣的變化呢？
> 1、在程式碼#1處，我們建立了一個新的執行緒，對應圖中的狀態**New**。
>
> 2、這時候執行緒還不會執行，直到我們在程式碼#2處呼叫了start()方法，執行緒的狀態經過線路1變為了**Runable**。
>
> 3、此時，執行緒已經準備就緒，隨時可能執行！**至於什麼時候能執行呢？這個是不確定的，完全取決於CPU的排程（當然，我們可以設定執行緒的優先順序來控制執行緒獲取執行時間的概率）！**如果這條執行緒得到CPU執行時間之後，執行緒的狀態會經過線路2變為**Running**，這是執行緒就在執行中了。
>
> 4、在上述程式碼中如果執行緒狀態為**Running**後，不出意外會走線路3狀態變為**Dead**，執行緒執行結束！
>
> 5、但是有時候就是可能會有意外的發生，那就是上線文切換！如果發生上下文切換，那麼當前執行緒就會讓出CPU資源，執行緒會從**Running**狀態經過線路4又變回**Runable**狀態！直到執行緒再次得到CPU的執行時間！也就是說線路2和線路4可能會來回多次！如圖中所示，如果在**Running**狀態的執行緒呼叫了yield()方法，那這個執行緒會主動讓出CPU資源，狀態從**Running**狀態變回**Runable**狀態！
>
> 6、程式碼#3處的註釋如果放開，那執行緒在**Running**狀態會經過線路5變為**Blocked**狀態。在阻塞過程中，執行緒會讓出CPU資源進入睡眠狀態。等到阻塞過了指定的時間後，執行緒會經過線路6由**Blocked**狀態變為**Runable**狀態，等待CPU的排程再次執行！
區域一的5個狀態我們前面都已經分析過了，算是比較好理解的！區域二的2個狀態就稍微有點複雜了，分別是**Blocked in Object's Lock Pool**和**Blocked in Object's Wait Pool**。這兩個狀態的共同點是Blocked in Object's ...，這裡的object是什麼呢？什麼物件？誰的物件？其實這就跟我們的鎖密切相關了。從名字我們能看出來，其實這兩個狀態也屬於阻塞狀態，但是與我們上面說過的通過sleep()阻塞又不一樣！
## 執行緒間的通訊
我們繼續改進上面的程式碼，並且啟動兩個執行緒，一個負責生產口罩一個負責消費口罩，分別執行10次。並且生產執行緒和消費執行緒必須交替的執行！程式碼如下：
```java
class MaskFactory {
private int number = 0;
// 生產
public synchronized void produce() {
if (number != 0) {
try {
// 等待
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
number++;
System.out.println("生產執行緒" + Thread.currentThread().getName() + "執行，目前口罩數量：" + number);
// 通知
this.notifyAll();
}
// 消費
public synchronized void consume() {
if (number == 0) {
try {
// 等待
this.wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
number--;
System.out.println("消費執行緒" + Thread.currentThread().getName() + "執行，目前口罩數量：" + number);
// 通知
this.notifyAll();
}
}
public class Demo1 {
public static void main(String[] args) {
final MaskFactory maskFactory = new MaskFactory();
// 1
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
maskFactory.produce();
}
}
}, "A").start();
// 2
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
maskFactory.consume();
}
}
}, "B").start();
}
}
```
執行結果如何呢？
接下來我們就結合程式碼和之前，我們需要注意下面幾點：
>