多线程
多线程基础
Java语言内置了多线程支持：一个Java程序实际上是一个JVM进程，JVM进程用一个主线程来执行main()方法，在main()方法内部，我们又可以启动多个线程。此外，JVM还有负责垃圾回收的其他工作线程等。
因此，对于大多数Java程序来说，我们说多任务，实际上是说如何使用多线程实现多任务。
和单线程相比，多线程编程的特点在于：多线程经常需要读写共享数据，并且需要同步。例如，播放电影时，就必须由一个线程播放视频，另一个线程播放音频，两个线程需要协调运行，否则画面和声音就不同步。因此，多线程编程的复杂度高，调试更困难。
创建新线程
要创建一个新线程非常容易，我们需要实例化一个Thread实例，然后调用它的start()方法：
Thread t = new Thread();
t.start(); // 启动新线程
但是这个线程启动后实际上什么也不做就立刻结束了。我们希望新线程能执行指定的代码，有以下几种方法：
方法一：从Thread派生一个自定义类，然后覆写run()方法：
// 多线程
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Thread t = new MyThread();
t.start(); // 启动新线程
}
}
class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println("start new thread!");
}
}
方法二：创建Thread实例时，传入一个Runnable实例：
// 多线程
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Thread t = new Thread(new MyRunnable());
t.start(); // 启动新线程
}
}
class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("start new thread!");
}
}
//或者用Java 8引入的lambda语法进一步简写为：
Thread t = new Thread(() -> {
System.out.println("start new thread!");
});
t.start(); // 启动新线程
方法三：通过 Callable 和 Future 创建线程：
实现了Runnable接口的FutureTask作为转换器，在run()方法中调用Callable的call()方法，本质上还是实现Runnable接口。
public class CallableThreadTest implements Callable<Integer> {
public static void main(String[] args) {
CallableThreadTest ctt = new CallableThreadTest();
FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<>(ctt);
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 的循环变量i的值" + i);
if (i == 20) {
new Thread(ft, "有返回值的线程").start();
}
}
try {
System.out.println("子线程的返回值：" + ft.get());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public Integer call() throws Exception {
int i = 0;
for (; i < 100; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
}
return i;
}
}
注意：直接调用Thread实例的run()方法是无效的：
直接调用run()方法，相当于调用了一个普通的Java方法，当前线程并没有任何改变，也不会启动新线程。上述代码实际上是在main()方法内部又调用了run()方法，打印hello语句是在main线程中执行的，没有任何新线程被创建。
必须调用Thread实例的start()方法才能启动新线程，如果我们查看Thread类的源代码，会看到start()方法内部调用了一个private native void start0()方法，native修饰符表示这个方法是由JVM虚拟机内部的C代码实现的，不是由Java代码实现的。
线程的优先级
可以对线程设定优先级，设定优先级的方法是：
Thread.setPriority(int n) // 1~10, 默认值5
JVM自动把1（低）~10（高）的优先级映射到操作系统实际优先级上（不同操作系统有不同的优先级数量）。优先级高的线程被操作系统调度的优先级较高，操作系统对高优先级线程可能调度更频繁，但我们决不能通过设置优先级来确保高优先级的线程一定会先执行。
线程状态
在Java程序中，一个线程对象只能调用一次start()方法启动新线程，并在新线程中执行run()方法。一旦run()方法执行完毕，线程就结束了。因此，Java线程的状态有以下几种：
- New：新创建的线程，尚未执行；
- Runnable：运行中的线程，正在执行
run()方法的Java代码； - Blocked：运行中的线程，因为某些操作被阻塞而挂起；
- Waiting：运行中的线程，因为某些操作在等待中；
- Timed Waiting：运行中的线程，因为执行
sleep()方法正在计时等待； - Terminated：线程已终止，因为
run()方法执行完毕。
当线程启动后，它可以在Runnable、Blocked、Waiting和Timed Waiting这几个状态之间切换，直到最后变成Terminated状态，线程终止。
线程终止的原因有：
- 线程正常终止：
run()方法执行到return语句返回； - 线程意外终止：
run()方法因为未捕获的异常导致线程终止； - 对某个线程的
Thread实例调用stop()方法强制终止（强烈不推荐使用）。
一个线程还可以等待另一个线程直到其运行结束。例如，main线程在启动t线程后，可以通过t.join()等待t线程结束后再继续运行：
// 多线程
public class Main {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t = new Thread(() -> {
System.out.println("hello");
});
System.out.println("start");
t.start(); // 启动t线程
t.join(); // 此处main线程会等待t结束
System.out.println("end");
}
}
如果t线程已经结束，对实例t调用join()会立刻返回。此外，join(long)的重载方法也可以指定一个等待时间，超过等待时间后就不再继续等待。
中断线程
如果线程需要执行一个长时间任务，就可能需要能中断线程。中断线程就是其他线程给该线程发一个信号，该线程收到信号后结束执行run()方法，使得自身线程能立刻结束运行。
我们举个栗子：假设从网络下载一个100M的文件，如果网速很慢，用户等得不耐烦，就可能在下载过程中点“取消”，这时，程序就需要中断下载线程的执行。
中断一个线程非常简单，只需要在其他线程中对目标线程调用interrupt()方法，目标线程需要反复检测自身状态是否是interrupted状态，如果是，就立刻结束运行。
@Test
public void interruptThread() throws InterruptedException {
Thread t = new MyThread();
t.start();
Thread.sleep(1); // 暂停1毫秒
t.interrupt(); // 中断t线程
t.join(); // 等待t线程结束
System.out.println("end");
}
static class MyThread extends Thread {
public void run() {
int n = 0;
while (!isInterrupted()) {
n++;
System.out.println(n + " hello!");
}
}
}
仔细看上述代码，main线程通过调用t.interrupt()方法中断t线程，但是要注意，interrupt()方法仅仅向t线程发出了“中断请求”，至于t线程是否能立刻响应，要看具体代码。而t线程的while循环会检测isInterrupted()，所以上述代码能正确响应interrupt()请求，使得自身立刻结束运行run()方法。
important@Test
public void interruptThread2() throws InterruptedException {
Thread t = new MyThread2();
t.start();
Thread.sleep(1000);
t.interrupt(); // 中断t线程
t.join(); // 等待t线程结束
System.out.println("end");
}
static class MyThread2 extends Thread {
public void run() {
Thread hello = new HelloThread();
hello.start(); // 启动hello线程
try {
hello.join(); // 等待hello线程结束
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("MyThread2 interrupted!");
}
hello.interrupt();
}
}
static class HelloThread extends Thread {
public void run() {
int n = 0;
while (!isInterrupted()) {
n++;
System.out.println(n + " hello!");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("HelloThread interrupted!");
break;
}
}
}
}
[!tip]
HelloThead类里会抛出 InterruptedException 异常？如果去掉HelloThead类里的break会死循环？
MyThread中调用 hello.interrupt() 后，HelloThread中的 isInterrupted() 已经变成了true，如果此时HelloThread没有在sleep状态，while判断 !isInterrupted() 为false会直接结束线程；如果此时HelloThread在sleep状态，会直接抛出InterruptedException异常，并清除中断状态，即isInterrupted() 会返回false，如果没有break的话，while会条件会一直返回true，就死循环了；综上，没有break大概率会导致死循环，但不是一定会死循环，加break是为了保证代码的健壮，所以也是必须要加的。
只有sleep/wait状态的线程会响应interrupt，中断线程。
main线程通过调用t.interrupt()从而通知t线程中断，而此时t线程正位于hello.join()的等待中，此方法会立刻结束等待并抛出InterruptedException。由于我们在t线程中捕获了InterruptedException，因此，就可以准备结束该线程。在t线程结束前，对hello线程也进行了interrupt()调用通知其中断。如果去掉这一行代码，可以发现hello线程仍然会继续运行，且JVM不会退出。
另一个常用的中断线程的方法是设置标志位。我们通常会用一个running标志位来标识线程是否应该继续运行，在外部线程中，通过把HelloThread.running置为false，就可以让线程结束：
@Test
public void interruptThread3() throws InterruptedException {
HelloThread2 t = new HelloThread2();
t.start();
Thread.sleep(1);
t.running = false; // 标志位置为false
}
static class HelloThread2 extends Thread {
public volatile boolean running = true;
public void run() {
int n = 0;
while (running) {
n++;
System.out.println(n + " hello!");
}
System.out.println("end!");
}
}
注意到HelloThread的标志位boolean running是一个线程间共享的变量。线程间共享变量需要使用volatile关键字标记，确保每个线程都能读取到更新后的变量值。
为什么要对线程间共享的变量用关键字volatile声明？这涉及到Java的内存模型。在Java虚拟机中，变量的值保存在主内存中，但是，当线程访问变量时，它会先获取一个副本，并保存在自己的工作内存中。如果线程修改了变量的值，虚拟机会在某个时刻把修改后的值回写到主内存，但是，这个时间是不确定的！
这会导致如果一个线程更新了某个变量，另一个线程读取的值可能还是更新前的。
因此，volatile关键字的目的是告诉虚拟机：
- 每次访问变量时，总是获取主内存的最新值；
- 每次修改变量后，立刻回写到主内存。
volatile关键字解决的是可见性问题：当一个线程修改了某个共享变量的值，其他线程能够立刻看到修改后的值。
如果我们去掉volatile关键字，运行上述程序，发现效果和带volatile差不多，这是因为在x86的架构下，JVM回写主内存的速度非常快，但是，换成ARM的架构，就会有显著的延迟。
守护线程
Java程序入口就是由JVM启动main线程，main线程又可以启动其他线程。当所有线程都运行结束时，JVM退出，进程结束。
如果有一个线程没有退出，JVM进程就不会退出。所以，必须保证所有线程都能及时结束。
但是有一种线程的目的就是无限循环，例如，一个定时触发任务的线程：
class TimerThread extends Thread {
@Override
public void run() {
while (true) {
System.out.println(LocalTime.now());
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
break;
}
}
}
}
如果这个线程不结束，JVM进程就无法结束。问题是，由谁负责结束这个线程？
然而这类线程经常没有负责人来负责结束它们。但是，当其他线程结束时，JVM进程又必须要结束，怎么办？
答案是使用守护线程（Daemon Thread）。
守护线程是指为其他线程服务的线程。在JVM中，所有非守护线程都执行完毕后，无论有没有守护线程，虚拟机都会自动退出。
因此，JVM退出时，不必关心守护线程是否已结束。
如何创建守护线程呢？方法和普通线程一样，只是在调用start()方法前，调用setDaemon(true)把该线程标记为守护线程：
Thread t = new MyThread();
t.setDaemon(true);
t.start();
在Java中，main 方法是程序的入口点，它本身也是一个线程。当 main 方法结束时，默认情况下所有非守护线程（非-daemon threads）如果还在运行，JVM 会继续运行直到这些非守护线程全部结束。守护线程（daemon threads）则会在 main 方法结束后被终止。
关于 main 方法和线程的生命周期
main方法结束：- 当
main方法执行完毕时，如果没有其他非守护线程在运行，JVM 会退出。 - 如果有其他非守护线程在运行，JVM 会继续运行直到这些线程结束。
- 当
- 守护线程（Daemon Threads）：
- 守护线程是为了服务其他线程而存在的，比如垃圾回收线程就是一个典型的守护线程。
- 当
main方法结束时，所有非守护线程如果已经结束，JVM 会自动终止所有的守护线程并退出。
- 非守护线程（Non-Daemon Threads）：
- 非守护线程是用户创建的线程，它们是程序的主要工作线程。
- 如果在
main方法中创建了非守护线程，并且这些线程仍在运行，JVM 不会立即退出，而是等待这些线程运行结束。
[!warning]
在守护线程中，编写代码要注意：守护线程不能持有任何需要关闭的资源，例如打开文件等，因为虚拟机退出时，守护线程没有任何机会来关闭文件，这会导致数据丢失。
线程同步
同步概念
当多个线程同时运行时，线程的调度由操作系统决定，程序本身无法决定。因此，任何一个线程都有可能在任何指令处被操作系统暂停，然后在某个时间段后继续执行。
这个时候，有个单线程模型下不存在的问题就来了：如果多个线程同时读写共享变量，会出现数据不一致的问题。
public static void main(String[] args) throws Exception {
var add = new AddThread();
var dec = new DecThread();
add.start();
dec.start();
add.join();
dec.join();
System.out.println(Counter.count);
}
class Counter {
public static int count = 0;
}
class AddThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) { Counter.count += 1; }
}
}
class DecThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) { Counter.count -= 1; }
}
}
上面的代码很简单，两个线程同时对一个int变量进行操作，一个加10000次，一个减10000次，最后结果应该是0，但是，每次运行，结果实际上都是不一样的。
这是因为对变量进行读取和写入时，结果要正确，必须保证是原子操作。原子操作是指不能被中断的一个或一系列操作。
例如，对于语句：n = n + 1;
看上去是一行语句，实际上对应了3条指令：ILOAD、IADD、ISTORE
我们假设n的值是100，如果两个线程同时执行n = n + 1，得到的结果很可能不是102，而是101，原因在于：
┌───────┐ ┌───────┐
│Thread1│ │Thread2│
└───┬───┘ └───┬───┘
│ │
│ILOAD (100) │
│ │ILOAD (100)
│ │IADD
│ │ISTORE (101)
│IADD │
│ISTORE (101) │
▼ ▼
如果线程1在执行ILOAD后被操作系统中断，此刻如果线程2被调度执行，它执行ILOAD后获取的值仍然是100，最终结果被两个线程的ISTORE写入后变成了101，而不是期待的102。
这说明多线程模型下，要保证逻辑正确，对共享变量进行读写时，必须保证一组指令以原子方式执行：即某一个线程执行时，其他线程必须等待：
┌───────┐ ┌───────┐
│Thread1│ │Thread2│
└───┬───┘ └───┬───┘
│ │
│-- lock -- │
│ILOAD (100) │
│IADD │
│ISTORE (101) │
│-- unlock -- │
│ │-- lock --
│ │ILOAD (101)
│ │IADD
│ │ISTORE (102)
│ │-- unlock --
▼ ▼
通过加锁和解锁的操作，就能保证3条指令总是在一个线程执行期间，不会有其他线程会进入此指令区间。即使在执行期线程被操作系统中断执行，其他线程也会因为无法获得锁导致无法进入此指令区间。只有执行线程将锁释放后，其他线程才有机会获得锁并执行。这种加锁和解锁之间的代码块我们称之为临界区（Critical Section），任何时候临界区最多只有一个线程能执行。
可见，保证一段代码的原子性就是通过加锁和解锁实现的。Java程序使用synchronized关键字对一个对象进行加锁; synchronized保证了代码块在任意时刻最多只有一个线程能执行。我们把上面的代码用synchronized改写如下：
public static void main(String[] args) throws Exception {
var add = new AddThread();
var dec = new DecThread();
add.start();
dec.start();
add.join();
dec.join();
System.out.println(Counter.count);
}
class Counter {
public static final Object lock = new Object();
public static int count = 0;
}
class AddThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) {
synchronized(Counter.lock) { //获取锁：相同业务需要使用同一把锁；
Counter.count += 1;
} //无论有无异常，都会在此释放锁
}
}
}
class DecThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) {
synchronized(Counter.lock) { //获取锁：相同业务需要使用同一把锁；
Counter.count -= 1;
} //无论有无异常，都会在此释放锁
}
}
}
使用synchronized解决了多线程同步访问共享变量的正确性问题。但是，它的缺点是带来了性能下降。因为synchronized代码块无法并发执行。此外，加锁和解锁需要消耗一定的时间，所以，synchronized会降低程序的执行效率。
概括一下如何使用synchronized：
- 找出修改共享变量的线程代码块；
- 选择一个共享实例作为锁；
- 使用
synchronized(lockObject) { ... }。
不需要synchronized的操作
JVM规范定义了几种原子操作：
- 基本类型（
long和double除外）赋值，例如：int n = m； - 引用类型赋值，例如：
List<String> list = anotherList。
long和double是64位数据，JVM没有明确规定64位赋值操作是不是一个原子操作，不过在x64平台的JVM是把long和double的赋值作为原子操作实现的。
但是，如果是多行赋值语句，就必须保证是同步操作，例如：
int x,y;
public void set(int x, int y) {
synchronized(this) {
this.x = x;
this.y = y;
}
}
不但写需要同步，读也需要同步：
int x,y;
public void set(int x, int y) {
synchronized(this) {
this.x = x;
this.y = y;
}
}
public int[] get() {
int[] copy = new int[2];
copy[0] = x;
copy[1] = y;
}
假定当前坐标是(100, 200)，那么当设置新坐标为(110, 220)时，上述未同步的多线程读到的值可能有：
- (100, 200)：x，y更新前；
- (110, 200)：x更新后，y更新前；
- (110, 220)：x，y更新后。
如果读取到(110, 200)，即读到了更新后的x，更新前的y，那么可能会造成程序的逻辑错误，无法保证读取的多个变量状态保持一致。
有些时候，通过一些巧妙的转换，可以把非原子操作变为原子操作。例如，上述代码如果改造成：
int[] ps;
public void set(int x, int y) {
int[] ps = new int[] { x, y };
this.ps = ps;
}
就不再需要写同步，因为this.ps = ps是引用赋值的原子操作。而语句：
int[] ps = new int[] { x, y };
这里的ps是方法内部定义的局部变量，每个线程都会有各自的局部变量，互不影响，并且互不可见，并不需要同步。
不过要注意，读方法在复制int[]数组的过程中仍然需要同步。
不可变对象无需同步
如果多线程读写的是一个不可变对象，那么无需同步，因为不会修改对象的状态：
class Data {
List<String> names;
void set(String[] names) {
this.names = List.of(names);
}
List<String> get() {
return this.names;
}
}
注意到set()方法内部创建了一个不可变List，这个List包含的对象也是不可变对象String，因此，整个List<String>对象都是不可变的，因此读写均无需同步。
分析变量是否能被多线程访问时，首先要理清概念，多线程同时执行的是方法。对于下面这个例子：
class Status {
List<String> names;
int x,y;
void set(String[] names, int n) {
List<String> ns = List.of(names);
this.names = ns;
int step = n * 10;
this.x += step;
this.y += step;
}
StatusRecord get() {
return new StatusRecord(this.names, this.x, this.y);
}
}
如果有A、B两个线程，同时执行是指：
- 可能同时执行set()；
- 可能同时执行get()；
- 可能A执行set()，同时B执行get()。
类的成员变量names、x、y显然能被多线程同时读写，但局部变量（包括方法参数）如果没有“逃逸”，那么只有当前线程可见。局部变量step仅在set()方法内部使用，因此每个线程同时执行set时都有一份独立的step存储在线程的栈上，互不影响，但是局部变量ns虽然每个线程也各有一份，但后续赋值后对其他线程就变成可见了。对set()方法同步时，如果要最小化synchronized代码块，可以改写如下：
void set(String[] names, int n) {
// 局部变量其他线程不可见:
List<String> ns = List.of(names);
int step = n * 10;
synchronized(this) {
this.names = ns;
this.x += step;
this.y += step;
}
}
因此，深入理解多线程还需理解变量在栈上的存储方式，基本类型和引用类型的存储方式也不同。
[!tip]
- volatile只保证每个线程读到的数据是最新值，但不能保证多个线程对同一个变量的操作的原子的。
- synchronized并不涉及数据的初始值，它只保证同步代码块内的代码同一时刻只能有一个线程访问。
- synchronized能保证可见性、有序性和原子性，每次进入synchronized保护的临界区时都会刷新工作内存的变量，退出synchronized会将变化同步到主内存中。
- 多线程同时执行的是方法。
同步方法
我们知道Java程序依靠synchronized对线程进行同步，使用synchronized的时候，锁住的是哪个对象非常重要。
让线程自己选择锁对象往往会使得代码逻辑混乱，也不利于封装。更好的方法是把synchronized逻辑封装起来：
public class Counter {
private int count = 0;
public void add(int n) {
synchronized(this) {
count += n;
}
}
public void dec(int n) {
synchronized(this) {
count -= n;
}
}
public int get() {
return count;
}
}
这样一来，线程调用add()、dec()方法时，它不必关心同步逻辑，因为synchronized代码块在add()、dec()方法内部。并且，我们注意到，synchronized锁住的对象是this，即当前实例，这又使得创建多个Counter实例的时候，它们之间互不影响，可以并发执行：
var c1 = Counter();
var c2 = Counter();
// 对c1进行操作的线程:
new Thread(() -> {
c1.add();
}).start();
new Thread(() -> {
c1.dec();
}).start();
// 对c2进行操作的线程:
new Thread(() -> {
c2.add();
}).start();
new Thread(() -> {
c2.dec();
}).start();
如果一个类被设计为允许多线程正确访问，我们就说这个类就是“线程安全”的（thread-safe），上面的Counter类就是线程安全的。Java标准库的java.lang.StringBuffer也是线程安全的。
还有一些不变类，例如String，Integer，LocalDate，它们的所有成员变量都是final，多线程同时访问时只能读不能写，这些不变类也是线程安全的。
最后，类似Math这些只提供静态方法，没有成员变量的类，也是线程安全的。
除了上述几种少数情况，大部分类，例如ArrayList，都是非线程安全的类，我们不能在多线程中修改它们。但是，如果所有线程都只读取，不写入，那么ArrayList是可以安全地在线程间共享的。
当我们锁住的是this实例时，实际上可以用synchronized修饰这个方法。下面两种写法是等价的：
//写法一：
public void add(int n) {
synchronized(this) { // 锁住this
count += n;
} // 解锁
}
//写法二：
public synchronized void add(int n) { // 锁住this
count += n;
} // 解锁
因此，用synchronized修饰的方法就是同步方法，它表示整个方法都必须用this实例加锁。
我们再思考一下，如果对一个静态方法添加synchronized修饰符，它锁住的是哪个对象？
public synchronized static void test(int n) {
...
}
对于static方法，是没有this实例的，因为static方法是针对类而不是实例。但是我们注意到任何一个类都有一个由JVM自动创建的Class实例，因此，对static方法添加synchronized，锁住的是该类的Class实例。上述synchronized static方法实际上相当于：
public class Counter {
public static void test(int n) {
synchronized(Counter.class) {
...
}
}
}
死锁
可重入锁
Java的线程锁是可重入的锁。什么是可重入的锁？我们还是来看例子：
public class Counter {
private int count = 0;
public synchronized void add(int n) {
if (n < 0) {
dec(-n);
} else {
count += n;
}
}
public synchronized void dec(int n) {
count += n;
}
}
观察synchronized修饰的add()方法，一旦线程执行到add()方法内部，说明它已经获取了当前实例的this锁。如果传入的n < 0，将在add()方法内部调用dec()方法。由于dec()方法也需要获取this锁，现在问题来了：
对同一个线程，能否在获取到锁以后继续获取同一个锁？
答案是肯定的。JVM允许同一个线程重复获取同一个锁，这种能被同一个线程反复获取的锁，就叫做可重入锁。
由于Java的线程锁是可重入锁，所以，获取锁的时候，不但要判断是否是第一次获取，还要记录这是第几次获取。每获取一次锁，记录+1，每退出synchronized块，记录-1，减到0的时候，才会真正释放锁。
死锁
一个线程可以获取一个锁后，再继续获取另一个锁。例如：
public void add(int m) {
synchronized(lockA) { // 获得lockA的锁
this.value += m;
synchronized(lockB) { // 获得lockB的锁
this.another += m;
} // 释放lockB的锁
} // 释放lockA的锁
}
public void dec(int m) {
synchronized(lockB) { // 获得lockB的锁
this.another -= m;
synchronized(lockA) { // 获得lockA的锁
this.value -= m;
} // 释放lockA的锁
} // 释放lockB的锁
}
在获取多个锁的时候，不同线程获取多个不同对象的锁可能导致死锁。对于上述代码，线程1和线程2如果分别执行add()和dec()方法时：
- 线程1：进入
add()，获得lockA； - 线程2：进入
dec()，获得lockB。
随后：
- 线程1：准备获得
lockB，失败，等待中； - 线程2：准备获得
lockA，失败，等待中。
此时，两个线程各自持有不同的锁，然后各自试图获取对方手里的锁，造成了双方无限等待下去，这就是死锁。
死锁发生后，没有任何机制能解除死锁，只能强制结束JVM进程。
因此，在编写多线程应用时，要特别注意防止死锁。因为死锁一旦形成，就只能强制结束进程。
那么我们应该如何避免死锁呢？答案是：线程获取锁的顺序要一致。即严格按照先获取lockA，再获取lockB的顺序，改写dec()方法如下：
public void dec(int m) {
synchronized(lockA) { // 获得lockA的锁
this.value -= m;
synchronized(lockB) { // 获得lockB的锁
this.another -= m;
} // 释放lockB的锁
} // 释放lockA的锁
}
使用wait和notify
在Java程序中，synchronized解决了多线程竞争的问题。例如，对于一个任务管理器，多个线程同时往队列中添加任务，可以用synchronized加锁：
class TaskQueue {
Queue<String> queue = new LinkedList<>();
public synchronized void addTask(String s) {
this.queue.add(s);
}
}
但是synchronized并没有解决多线程协调的问题。
仍然以上面的TaskQueue为例，我们再编写一个getTask()方法取出队列的第一个任务：
class TaskQueue {
Queue<String> queue = new LinkedList<>();
public synchronized void addTask(String s) {
this.queue.add(s);
}
public synchronized String getTask() {
while (queue.isEmpty()) {
}
return queue.remove();
}
}
上述代码看上去没有问题：getTask()内部先判断队列是否为空，如果为空，就循环等待，直到另一个线程往队列中放入了一个任务，while()循环退出，就可以返回队列的元素了。
但实际上while()循环永远不会退出。因为线程在执行while()循环时，已经在getTask()入口获取了this锁，其他线程根本无法调用addTask()，因为addTask()执行条件也是获取this锁。因此，执行上述代码，线程会在getTask()中因为死循环而100%占用CPU资源。
如果深入思考一下，我们想要的执行效果是：
- 线程1可以调用
addTask()不断往队列中添加任务； - 线程2可以调用
getTask()从队列中获取任务。如果队列为空，则getTask()应该等待，直到队列中至少有一个任务时再返回。
因此，多线程协调运行的原则就是：当条件不满足时，线程进入等待状态；当条件满足时，线程被唤醒，继续执行任务。
对于上述TaskQueue，我们先改造getTask()方法，在条件不满足时，线程进入等待状态：
public synchronized String getTask() {
while (queue.isEmpty()) {
this.wait();
}
return queue.remove();
}
当一个线程执行到getTask()方法内部的while循环时，它必定已经获取到了this锁，此时，线程执行while条件判断，如果条件成立（队列为空），线程将执行this.wait()，进入等待状态。
这里的关键是：wait()方法必须在当前获取的锁对象上调用，这里获取的是this锁，因此调用this.wait()。
调用wait()方法后，线程进入等待状态，wait()方法不会返回，直到将来某个时刻，线程从等待状态被其他线程唤醒后，wait()方法才会返回，然后，继续执行下一条语句。
有些仔细的童鞋会指出：即使线程在getTask()内部等待，其他线程如果拿不到this锁，照样无法执行addTask()，肿么办？
这个问题的关键就在于wait()方法的执行机制非常复杂。首先，它不是一个普通的Java方法，而是定义在Object类的一个native方法，也就是由JVM的C代码实现的。其次，必须在synchronized块中才能调用wait()方法，因为wait()方法调用时，会释放线程获得的锁，wait()方法返回时，线程又会重新试图获得锁。
因此，只能在锁对象上调用wait()方法。因为在getTask()中，我们获得了this锁，因此，只能在this对象上调用wait()方法：
public synchronized String getTask() {
while (queue.isEmpty()) {
// 释放this锁:
this.wait();
// 重新获取this锁
}
return queue.remove();
}
当一个线程在this.wait()等待时，它就会释放this锁，从而使得其他线程能够在addTask()方法获得this锁。
现在我们面临第二个问题：如何让等待的线程被重新唤醒，然后从wait()方法返回？答案是在相同的锁对象上调用notify()方法。我们修改addTask()如下：
public synchronized void addTask(String s) {
this.queue.add(s);
this.notify(); // 唤醒在this锁等待的线程
}
注意到在往队列中添加了任务后，线程立刻对this锁对象调用notify()方法，这个方法会唤醒一个正在this锁等待的线程（就是在getTask()中位于this.wait()的线程），从而使得等待线程从this.wait()方法返回。
我们来看一个完整的例子：
public class WaitNotifyTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
TaskQueue q = new TaskQueue();
List<Thread> ts = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
Thread t = new Thread(() -> {
// 执行task:
while (true) {
try {
String s = q.getTask();
System.out.println("execute task: " + s);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("interrupt thread!");
return;
}
}
});
t.start();
ts.add(t);
}
Thread add = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// 放入task:
String s = "t-i" + i + "-" + new Random().nextInt(100);
System.out.println("add task: " + s);
q.addTask(s);
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("e = " + e);
}
}
});
add.start();
add.join();
Thread.sleep(100);
for (Thread t : ts) {
t.interrupt(); //中断正在wait的线程
}
}
}
class TaskQueue {
Queue<String> queue = new LinkedList<>();
public synchronized void addTask(String s) {
this.queue.add(s);
this.notifyAll();
}
public synchronized String getTask() throws InterruptedException {
while (queue.isEmpty()) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " queue continue wait!");
this.wait();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " queue is notify!");
return queue.remove();
}
}
这个例子中，我们重点关注addTask()方法，内部调用了this.notifyAll()而不是this.notify()，使用notifyAll()将唤醒所有当前正在this锁等待的线程，而notify()只会唤醒其中一个（具体哪个依赖操作系统，有一定的随机性）。这是因为可能有多个线程正在getTask()方法内部的wait()中等待，使用notifyAll()将一次性全部唤醒。通常来说，notifyAll()更安全。有些时候，如果我们的代码逻辑考虑不周，用notify()会导致只唤醒了一个线程，而其他线程可能永远等待下去醒不过来了。
但是，注意到wait()方法返回时需要重新获得this锁。假设当前有3个线程被唤醒，唤醒后，首先要等待执行addTask()的线程结束此方法后，才能释放this锁，随后，这3个线程中只能有一个获取到this锁，剩下两个将继续等待。
再注意到我们在while()循环中调用wait()，而不是if语句：
public synchronized String getTask() throws InterruptedException {
if (queue.isEmpty()) {
this.wait();
}
return queue.remove();
}
如果是用while作判断，每次wait被notify唤醒后，会继续循环，判断当前队列是否为空，而if做判断时，如果wait被唤醒，此时if已经被判断过了，就会直接继续执行后面的代码，获取队列元素，此时如果队列元素为空（因为是一口气唤醒所有进程，你无法保证现在这个进程执行的时候，队列还有没有东西），那么该线程就报nosuchelement exception。
[!tip]
- 已唤醒的线程还需要重新获得锁后才能继续执行