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Java【多线程】（2）线程属性与线程安全

news 来源：原创 2025/9/8 4:16:25

1.前言

2.正文

2.1线程的进阶实现

2.2线程的核心属性

2.3线程安全

2.3.1线程安全问题的原因

2.3.2加锁和互斥

2.3.3可重入（如何自己实现可重入锁）

2.4.4死锁（三种情况）

2.4.4.1第一种情况

2.4.4.2第二种情况

2.4.4.3第三种情况

2.4.5避免死锁

3.小结

1.前言

哈喽大家好吖，今天继续来给大家分享线程相关的内容，介绍一部分线程的核心属性，后一部分主要为线程安全部分，当然一篇博文无法讲解完全，会在后续接着为大家讲解。

2.正文

2.1线程的进阶实现

上一篇关于线程的博文我们通过Thread类或实现Runnable接口来达到了多线程的实现，接下来给大家一个最推荐的实现方式：lambda表达式实现。

Thread类的构造函数接受一个Runnable接口类型的参数，而Runnable接口有一个run方法。因此，我们可以通过lambda表达式来实现这个接口，并将其传递给Thread构造器。
public class test {public static void main(String[] args) {// 使用lambda表达式创建线程Thread thread = new Thread(() -> {// 线程执行的代码for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println("线程正在运行: " + i);try {Thread.sleep(1000); // 模拟线程工作1秒} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});thread.start();  // 启动线程}
}
详解：

Runnable接口：Runnable接口包含一个run方法，定义了线程要执行的任务。
Lambda表达式：()->{}部分是Lambda表达式，它实现了Runnable接口的run方法。这个方法中包含了线程要执行的代码。
Thread对象：使用Thread类创建一个新线程，并传入Runnable的实现（即Lambda表达式）。
thread.start()：调用start()方法来启动线程。线程开始执行Lambda表达式中的run方法。

2.2线程的核心属性

线程有不同的生命周期状态，主要包括以下几种：

NEW：线程被创建，但还未启动。
RUNNABLE：线程正在执行或等待操作系统分配CPU时间片。就绪状态分为俩种：

随时可以到cpu上去工作。
在cpu上正在工作。

BLOCKED：线程因为竞争资源（如同步锁）而被阻塞，无法执行。
WAITING：线程正在等待另一个线程的通知。
TIMED_WAITING：线程正在等待一个特定的时间段，直到超时或被唤醒。（例如线程的join方法会使线程进入此状态）
TERMINATED：线程执行完毕，已终止。

附上别的大佬总结很详细的图片。

2.3线程安全

再将这个板块之前，先给大家一个案例来引入线程安全这个概念。我们当下有这么一个场景：

public class demo2 {public static int count = 0;public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread(()->{for (int i = 0;i < 500;i++){count++;}});Thread t2 = new Thread(()->{for (int i = 0;i < 500;i++){count++;}});t1.start();t2.start();System.out.println(count);}
}

我们可以看到，我们希望通过俩个线程来完成count自增到1000的操作，打没输出结果并不是我们想要的。

原因是线程刚启动，可能还没有分配到cpu上开始执行，count便被打印出来。

我们这样处理后：

public class demo2 {public static int count = 0;public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread(()->{for (int i = 0;i < 500;i++){count++;}});Thread t2 = new Thread(()->{for (int i = 0;i < 500;i++){count++;}});t1.start();t2.start();try {t1.join();t2.join();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(count);}
}

发现可以出来希望的结果：

那如果我们只让一个线程加上join呢？会发现结果开始变得随机起来：

因此我们可以知道，上述有线程产生的“bug”即没有输出想要的结果，就被称为线程安全问题，相反，如果在多线程并发的情况下，输出理想结果就叫做“线程安全”。

2.3.1线程安全问题的原因

【根因】随即调度，抢占执行（上文例子就是如此）
多个线程同时修改一个变量
修改操作不是原子性的（意思是某些操作如count++是由多个线程组成完成的）
内存可见性（意思是某些变量的访问不一定直接访问到内存，而是有可能访问到寄存器当中）
不当锁的使用（下文细讲）

2.3.2加锁和互斥

如何处理这些线程安全问题呢，这里我们要引入加锁的概念与synchronized关键字。

加锁是一种同步机制，用于控制多个线程访问共享资源的顺序。
当一个线程获得了锁时，其它线程必须等待该线程释放锁后才能继续访问共享资源。

加锁的特点：

串行化访问：
同一时刻只有一个线程可以访问被加锁的资源。

防止数据竞争：
确保共享资源的操作是原子性的（不会被其他线程中断）。

提升数据一致性：
确保共享资源不会因为多个线程同时操作而引发不一致问题。

加锁的过程：

加锁（Locking）： 一个线程试图获取资源的锁，若获取成功，进入临界区；若失败，则阻塞或等待。
解锁（Unlocking）： 线程释放锁，允许其他线程获取锁并继续执行

互斥（Mutual Exclusion，缩写为 Mutex）是加锁的目的之一，强调同一时刻只能有一个线程访问某个共享资源，达到线程之间的互斥访问。

如何实现加锁呢，继续拿上文来举例子：
public class demo2 {private int count = 0;// 同步实例方法public synchronized void increment() {count++;}public int getCount() {return count;}public static void main(String[] args) {demo2 demo = new demo2();Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 1000; i++) {demo.increment();}});Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 1000; i++) {demo.increment();}});t1.start();t2.start();try {t1.join();t2.join();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("Final count: " + demo.getCount());}
}
运行结果：

2.3.3可重入（如何自己实现可重入锁）

什么叫可重入呢，我们用一段代码来引入这个概念：

class Counter {private int count = 0;public void add() {synchronized (this) {count++;//第一次加锁}}public int get() {return count;}
}
public class demo3 {public static void main(String[] args) {Counter counter = new Counter();Thread t1 = new Thread(()->{for(int i = 0;i < 100;i++){synchronized (counter){counter.add();//第二次加锁}}});t1.start();try {t1.join();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("count = " + counter.get());}
}

上面代码我们可以看到（如果没有可重入这个概念）：

第一次加锁操作，能够成功（锁没人使用）。
第二次进行加锁，此时意味着，锁对象已经是被占用的状态，第二次加锁就会出现阻塞等待。

要想解除阻塞，只能往下执行才可以，要想往下执行，就需要等到第一次锁被释放，这样就叫做出现了死锁。

为了解决上述问题，Java中的synchronized引入了可重入的概念：

可重入锁是一种允许同一线程多次获取同一把锁的同步机制，解决了嵌套调用或递归场景下线程自我阻塞的问题，是避免死锁的重要设计。

所以多个锁递归，只有最外层的锁涉及真正的加锁与解锁。

那我们如何自己实现一个可重入锁呢，抓住下面核心就有头绪了：

可重入锁的核心机制

锁计数器：

每个锁对象内部维护一个计数器，记录被同一线程获取的次数。

首次获取锁时计数器=1，每次重入加1，释放时减1，归零后其他线程可竞争锁。

持有线程标识：

锁对象记录当前持有锁的线程，确保仅持有线程可重入。

下面附上示例：

public class MyLock {private Thread ownerThread;  // 当前持有锁的线程private int lockCount = 0;   // 锁计数器// 获取锁public synchronized void lock() throws InterruptedException {Thread currentThread = Thread.currentThread();// 若锁已被其他线程持有，则当前线程等待while (ownerThread != null && ownerThread != currentThread) {wait();}// 锁未被持有或当前线程重入，更新计数器和持有线程ownerThread = currentThread;lockCount++;}// 释放锁public synchronized void unlock() {Thread currentThread = Thread.currentThread();// 只有持有锁的线程可以释放锁if (ownerThread != currentThread) {throw new IllegalMonitorStateException("当前线程未持有锁！");}lockCount--;// 锁计数器归零时完全释放锁if (lockCount == 0) {ownerThread = null;notify(); // 唤醒一个等待线程}}
}

2.4.4死锁（三种情况）

2.4.4.1第一种情况

一个线程，一个锁，被加锁多次。想必这个上文刚讲过，就不多言了，着重讲后文。

2.4.4.2第二种情况

两个线程，两个锁，互相尝试获得对方的锁。可能直接这样讲不是很好懂，附上代码与注释就可以了：

public class Demo20 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 创建两个锁对象，用于线程同步Object locker1 = new Object();Object locker2 = new Object();// 创建线程 t1Thread t1 = new Thread(() -> {// 获取 locker1 的锁synchronized (locker1) {try {// 线程休眠 1 秒，模拟耗时操作Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {// 如果线程被中断，抛出异常throw new RuntimeException(e);}// 尝试获取 locker2 的锁synchronized (locker2) {// 如果成功获取到 locker2 的锁，打印消息System.out.println("t1 线程两个锁都获取到");}}});// 创建线程 t2Thread t2 = new Thread(() -> {// 获取 locker1 的锁synchronized (locker1) {try {// 线程休眠 1 秒，模拟耗时操作Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {// 如果线程被中断，抛出异常throw new RuntimeException(e);}// 尝试获取 locker2 的锁synchronized (locker2) {// 如果成功获取到 locker2 的锁，打印消息System.out.println("t2 线程两个锁都获取到");}}});// 启动线程 t1 和 t2t1.start();t2.start();// 主线程等待 t1 和 t2 执行完毕t1.join();t2.join();}
}

线程 t1：

先获取 locker1 的锁，然后休眠 1 秒。

接着尝试获取 locker2 的锁。

线程 t2：

同样先获取 locker1 的锁，然后休眠 1 秒。

接着尝试获取 locker2 的锁。

问题：此时死锁就出现了

t1 持有 locker1 并等待 locker2。

t2 持有 locker1 并等待 locker2。

两个线程互相等待对方释放锁，导致程序无法继续执行。

2.4.4.3第三种情况

死锁的第三种情况，即n个线程和m把锁，这里就要引入一个很著名的问题，哲学家就餐问题：

哲学家就餐问题（Dining Philosophers Problem） 是计算机科学中经典的同步与死锁问题，由 Edsger Dijkstra 提出，用于演示多线程环境中的资源竞争和死锁风险。

1. 问题描述

场景：5 位哲学家围坐在圆桌旁，每人面前有一碗饭，相邻两人之间放一支筷子（共 5 支筷子）。

行为：

哲学家交替进行思考和就餐。

就餐时需要 同时拿起左右两边的筷子。

完成就餐后放下筷子，继续思考。

核心问题：如何设计算法，使得所有哲学家都能公平、高效地就餐，且避免死锁。

2. 死锁的产生

如果所有哲学家 同时拿起左边的筷子，会发生以下情况：

每个哲学家都持有左边的筷子，等待右边的筷子。

右边的筷子被其他哲学家持有，形成 循环等待。

所有哲学家无法继续，导致死锁。

3. 解决思路

核心思想：为所有资源（筷子）定义一个全局顺序，要求哲学家必须按固定顺序获取资源。

实现方式：

将筷子编号为 0 到 4。

每位哲学家必须先拿编号较小的筷子，再拿编号较大的筷子。

效果：

破坏循环等待条件（不可能所有人同时等待右侧筷子）。

保证至少一位哲学家可以拿到两只筷子。

2.4.5避免死锁

上述讲完了死锁出现的场景，这里可以总结死锁出现的四个必要条件：

锁是互斥的。（一个线程拿到锁之后,另一个线程再尝试获取锁,必须要阻塞等待）
锁是不可抢占的。（即线程1拿到锁, 线程2也尝试获取这个锁,线程2 必须阻塞等待2而不是线程2直接把锁抢过来）
请求和保持。（一个线程拿到锁1之后,不释放锁1 的前提下,获取锁2）
循环等待。（多个线程, 多把锁之间的等待过程,构成了"循环"，即A 等待 B, B 也等待 A 或者 A 等待 B,B 等待 C,C等待 A）

既然我们知道死锁是如何产生的，那么解决死锁的思路就有啦：

打破3条件，可以把嵌套的锁改成并列的锁。
打破4条件，加锁的顺序进行约定。

3.小结

今天的分享到这里就结束了，喜欢的小伙伴不要忘记点点赞点个关注，你的鼓励就是对我最大的支持，加油！

Java【多线程】（2）线程属性与线程安全

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01、项目概述我们引入了一种基于新型大型语言模型（ LLM ）的神经架构搜索（ NAS ）方法，名为 SEKI 。SEKI 受到现代 LLM 中思维链（ CoT ）范式的启发，分为两个关键阶段运行&#xff1a…...

编程日记 2025/9/7 12:09:01

Nat Mach Intell | AI分子对接算法评测

《Nature Machine Intelligence》发表重磅评测，系统评估AI与物理方法在虚拟筛选（VS）中的表现，突破药物发现效率瓶颈。核心评测体系：三大数据集研究团队构建了三个新型测试集： TrueDecoy：含14…...

编程日记 2025/8/30 18:04:33

01. HarmonyOS应用开发实践与技术解析

文章目录前言项目概述HarmonyOS应用架构项目结构Ability生命周期 ArkTS语言特性装饰器状态管理 UI组件与布局基础组件响应式布局样式与主题页面路由与参数传递页面跳转参数接收数据绑定与循环渲染数据接口定义循环渲染条件渲染组件生命周期最佳实践与性能优化组件复用响应式…...

编程日记 2025/9/5 12:39:54

001-码云操作

码云操作一、配置公钥1.官网地址1.进入 git bash2.查看生成的公钥3.设置到 Gitee4.测试二、初始化一个项目1.新建仓库一、配置公钥方便后续提交代码不用填写密码 1.官网地址官网地址：https://gitee.com/Git码云教程：https://gitee.com/help/arti…...

编程日记 2025/9/4 14:58:09

10.LED点阵实验

LED点阵是一种由发光二极管排列而成的显示器件，在生活里的各种电器中很常见，像汽车报站器和广告屏等地方都会用到它。平时用得比较多的是 88 点阵。多个 88 点阵能组合成不同大小的 LED 点阵显示屏，比如 4 个 88 点阵可以拼成一个 1616 点阵…...

编程日记 2025/9/6 8:30:53

cesium+vue3自定义HTML实体弹窗、加高德路网、防实体漂浮、让用户画圆、鹰眼

一、基础使用：Cesium.js基础使用（vue）-CSDN博客 1、基础路径为 Cesium 库设置一个全局变量 CESIUM_BASE_URL，用于指定 Cesium 的资源文件（如 WebGL shaders、纹理、字体等）的示例场景：假设你…...

编程日记 2025/9/3 12:36:09

Spring（二）容器-注册

目录一定义组件Bean (1)添加组件 (2)获取组件二配置类Configuration (1)配置类的作用三 MVC分层注解 - Controller： - Service： - Repository： 四批量扫描ComponentScan (1) 默认扫描当前包及其子包 (2) 指定扫描包路径 …...

编程日记 2025/9/2 20:22:20

Java-实现PDF合同模板填写内容并导出PDF文件

可用于公司用户合同导出pdf文件效果图一、导入所需要jar包 <dependency><groupId>com.itextpdf</groupId><artifactId>itextpdf</artifactId><version>5.5.11</version></dependency><dependency&…...

编程日记 2025/8/21 15:50:56

1.前言

2.正文

2.1线程的进阶实现

2.2线程的核心属性

2.3线程安全

2.3.1线程安全问题的原因

2.3.2加锁和互斥

2.3.3可重入（如何自己实现可重入锁）

2.4.4死锁（三种情况）

2.4.4.1第一种情况

2.4.4.2第二种情况

2.4.4.3第三种情况

2.4.5避免死锁

3.小结

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