【026】线程状态与 synchronized 基础
写业务代码时，你可能写过这样的代码：
// 多线程并发修改共享数据privateintcount=0;publicvoidincrement(){count++;// 非原子操作，有并发问题}这就是典型的线程安全问题。多个线程同时修改同一个数据，导致结果不可预期。
理解线程和 synchronized，能帮你：
- 写出线程安全的代码
- 理解 Java 并发问题的根因
- 为学习更高级的并发工具打基础
下面我按「线程状态 → 线程创建 → synchronized 基础 → 锁升级」的顺序往下聊。
1. 线程的六种状态 🔄
1.1 线程状态概览
Java 中线程有六种状态：
// Thread.State 枚举publicenumState{NEW,// 新建RUNNABLE,// 可运行BLOCKED,// 阻塞WAITING,// 等待TIMED_WAITING,// 超时等待TERMINATED// 终止}1.2 状态转换图
线程状态转换： │ NEW → START │ RUNNABLE ←→ BLOCKED（synchronized 锁竞争） │ RUNNABLE ←→ WAITING（Object.wait()、Thread.join()、LockSupport.park()） │ RUNNABLE ←→ TIMED_WAITING（Thread.sleep()、Object.wait(long)、LockSupport.parkNanos()） │ RUNNABLE → TERMINATED1.3 各状态详解
NEW（新建）
// 创建线程，但未启动Threadthread=newThread(()->System.out.println("Hello"));// 状态：NEWRUNNABLE（可运行）
// 启动线程thread.start();// 状态：RUNNABLE（可能正在运行，也可能等待 CPU 时间片）BLOCKED（阻塞）
// 等待获取 synchronized 锁synchronized(lock){// 线程进入 BLOCKED 状态，等待获取锁}WAITING（无限期等待）
// Object.wait()synchronized(lock){lock.wait();// 释放锁，进入 WAITING}// Thread.join()thread.join();// 等待 thread 结束// LockSupport.park()LockSupport.park();// 阻塞当前线程TIMED_WAITING（超时等待）
// Thread.sleep()Thread.sleep(1000);// 1 秒// Object.wait(long)synchronized(lock){lock.wait(1000);// 最多等 1 秒// Thread.join(long)thread.join(1000);// LockSupport.parkNanos()LockSupport.parkNanos(1000000);// 1 毫秒TERMINATED（终止）
// 线程执行完毕thread.join();// 等待 thread 结束// 状态：TERMINATED2. 线程的创建与启动 🚀
2.1 继承 Thread
classMyThreadextendsThread{@Overridepublicvoidrun(){System.out.println("Thread running");}}// 启动MyThreadt=newMyThread();t.start();2.2 实现 Runnable
classMyRunnableimplementsRunnable{@Overridepublicvoidrun(){System.out.println("Runnable running");}}// 启动Threadt=newThread(newMyRunnable());t.start();// Lambda 简化Threadt=newThread(()->System.out.println("Lambda running"));t.start();2.3 实现 Callable
classMyCallableimplementsCallable<Integer>{@OverridepublicIntegercall()throwsException{return42;}}// 启动（需要 FutureTask）FutureTask<Integer>task=newFutureTask<>(newMyCallable());newThread(task).start();Integerresult=task.get();// 获取返回值2.4 线程池
// 创建线程池ExecutorServiceexecutor=Executors.newFixedThreadPool(4);// 提交任务executor.submit(()->System.out.println("Task running"));// 关闭executor.shutdown();3. synchronized 基础 🔐
3.1 什么是 synchronized？
synchronized是 Java 的内置锁，保证同一时刻只有一个线程执行同步代码块。
// 修饰实例方法publicsynchronizedvoidincrement(){count++;}// 修饰代码块publicvoidincrement(){synchronized(this){count++;}}// 修饰静态方法publicstaticsynchronizedvoidstaticIncrement(){staticCount++;}3.2 synchronized 的特性
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 原子性 | 保证代码块原子执行 |
| 可见性 | 保证内存可见性 |
| 阻塞性 | 未获取锁的线程阻塞 |
| 可重入 | 同一个线程可以多次获取 |
3.3 可重入性
publicsynchronizedvoidmethodA(){System.out.println("A");methodB();// 可以重入}publicsynchronizedvoidmethodB(){System.out.println("B");}// 同一个线程可以多次获取锁3.4 synchronized 的使用场景
// 场景 1：计数器privateintcount=0;publicsynchronizedvoidincrement(){count++;}publicsynchronizedintgetCount(){returncount;}// 场景 2：单例模式publicclassSingleton{privatestaticSingletoninstance;publicstaticsynchronizedSingletongetInstance(){if(instance==null){instance=newSingleton();}returninstance;}}// 场景 3：生产者-消费者publicclassBuffer{privateQueue<String>queue=newLinkedList<>();privateintcapacity=10;publicsynchronizedvoidput(Stringitem)throwsInterruptedException{while(queue.size()>=capacity){wait();// 等待消费者消费}queue.add(item);notifyAll();// 通知消费者}publicsynchronizedStringtake()throwsInterruptedException{while(queue.isEmpty()){wait();// 等待生产者生产}Stringitem=queue.poll();notifyAll();// 通知生产者returnitem;}}4. synchronized 底层原理 🔧
4.1 Monitor（监视器锁）
synchronized底层依赖Monitor（监视器锁）实现：
Monitor 结构： │ ├─ Owner：拥有锁的线程 ├─ WaitSet：等待队列（调用 wait() 的线程） ├─ EntryList：阻塞队列（等待获取锁的线程） └─ Count：计数器（重入次数）4.2 锁的升级过程
synchronized锁会根据竞争情况自动升级：
锁升级过程： │ ├─ 无锁 │ ├─ 偏向锁（第一次获取锁） │ └─ 记录线程 ID，下次进入无需同步 │ ├─ 轻量级锁（多个线程竞争） │ └─ 自旋 CAS 获取锁 │ └─ 重量级锁（自旋失败） └─ 阻塞等待4.3 偏向锁
第一次获取锁时，使用偏向锁：
// 偏向锁：记录线程 ID// 下次同一线程进入同步块，无需任何同步操作synchronized(this){// ...}优点：无同步开销
缺点：有竞争时需要撤销
4.4 轻量级锁
多个线程交替获取锁时，使用轻量级锁：
// 轻量级锁：CAS 自旋// 线程在栈帧中创建锁记录（Lock Record）// 通过 CAS 将锁记录地址复制到对象头的 Mark Wordsynchronized(this){// ...}优点：避免线程阻塞
缺点：自旋消耗 CPU
4.5 重量级锁
多线程竞争激烈时，升级为重量级锁：
// 重量级锁：Monitor 机制// 未获取锁的线程阻塞，等待唤醒synchronized(this){// ...}优点：竞争激烈时效率高
缺点：线程阻塞，切换开销大
5. 常见问题与注意事项 ⚠️
5.1 锁对象不能为 null
// ❌ 错误Objectlock=null;synchronized(lock){// NullPointerException}// ✅ 正确Objectlock=newObject();synchronized(lock){}5.2 锁的范围要适当
// ❌ 锁范围过大publicsynchronizedvoidprocess(){// 大量无需同步的代码downloadFile();// 耗时操作parseData();saveToDb();}// ✅ 锁范围适当publicvoidprocess(){downloadFile();parseData();synchronized(this){saveToDb();// 只锁关键部分}}5.3 避免死锁
// ❌ 可能死锁publicvoidmethod1(){synchronized(lockA){synchronized(lockB){// ...}}}publicvoidmethod2(){synchronized(lockB){// 顺序相反synchronized(lockA){// ...}}}// ✅ 统一锁顺序publicvoidmethod1(){synchronized(lockA){synchronized(lockB){// ...}}}publicvoidmethod2(){synchronized(lockA){// 顺序一致synchronized(lockB){// ...}}}5.4 静态 synchronized vs 实例 synchronized
classUser{// 锁的是 User.class 对象publicstaticsynchronizedvoidstaticMethod(){// 同一时刻只有一个线程执行}// 锁的是 this（实例对象）publicsynchronizedvoidinstanceMethod(){// 同一时刻只有一个线程执行（同一实例）}}6. 常见面试题 📝
6.1 synchronized 和 Lock 的区别？
| 特性 | synchronized | Lock |
|---|---|---|
| 语法 | 关键字 | 接口 |
| 获取锁 | 自动释放 | 手动获取/释放 |
| 阻塞 | 是 | 可选择 |
| 公平锁 | 否 | 可选择 |
| 条件变量 | 无 | 有 |
6.2 synchronized 修饰 static 方法和普通方法的区别？
- static 方法：锁的是 Class 对象
- 普通方法：锁的是 this（实例对象）
6.3 什么是可重入锁？
同一个线程可以多次获取同一把锁，不会被自己阻塞。
6.4 锁升级的过程？
无锁 → 偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁
6.5 如何排查死锁？
# jstack 排查死锁jstack<pid># 输出包含 "Found 1 deadlock."小结
- 线程六种状态：NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING、TERMINATED
- 线程创建：继承 Thread、实现 Runnable、实现 Callable、线程池
- synchronized：保证原子性、可见性、可重入
- 锁升级：偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁
- 注意事项：锁对象不能为 null、锁范围要适当、避免死锁
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