Java Blocked：深入理解与实践
简介
在Java编程中，blocked 状态是线程生命周期中的一个重要概念。理解线程的 blocked 状态对于编写高效、稳定且无死锁的多线程程序至关重要。本文将详细介绍Java中 blocked 的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，帮助读者全面掌握这一关键知识点。
目录
- 基础概念
- 什么是Java中的
blocked状态 - 线程进入
blocked状态的原因
- 什么是Java中的
- 使用方法
- 示例代码展示线程如何进入
blocked状态 - 如何检测线程是否处于
blocked状态
- 示例代码展示线程如何进入
- 常见实践
- 在多线程同步中的应用
- 处理资源竞争时的
blocked情况
- 最佳实践
- 避免不必要的
blocked状态 - 优化多线程程序以减少
blocked时间
- 避免不必要的
- 小结
- 参考资料
基础概念
什么是Java中的 blocked 状态
在Java的线程生命周期中，blocked 状态表示线程正在等待一个监视器锁（monitor lock）来进入一个同步块（synchronized block）或同步方法（synchronized method）。当一个线程试图进入一个被其他线程持有的监视器保护的代码块或方法时，它会被阻塞，直到该监视器可用。
线程进入 blocked 状态的原因
- 同步块或方法：当一个线程尝试进入一个已被其他线程占用的同步块或同步方法时，它会进入
blocked状态。例如：
public class BlockedExample {
private static final Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(() -> {
synchronized (lock) {
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
synchronized (lock) {
System.out.println("Thread 2 is in synchronized block");
}
});
thread1.start();
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
thread2.start();
}
}
在上述代码中，thread1 首先获得了 lock 对象的监视器锁，然后睡眠2秒。在这期间，thread2 尝试进入同步块，由于 lock 已经被 thread1 持有，thread2 会进入 blocked 状态，直到 thread1 释放锁。
- I/O操作：当线程执行I/O操作（如读取文件、网络请求等）时，如果操作没有立即完成，线程也可能进入
blocked状态。例如：
import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
public class IoBlockedExample {
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(() -> {
try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("example.txt"))) {
String line;
while ((line = reader.readLine()) != null) {
System.out.println(line);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
});
thread.start();
}
}
在这个例子中，如果 example.txt 文件较大，读取操作可能需要一些时间，在读取过程中，线程会处于 blocked 状态。
使用方法
示例代码展示线程如何进入 blocked 状态
public class BlockedStateExample {
private static final Object monitor = new Object();
public static void main(String[] args) {
Thread blockingThread = new Thread(() -> {
synchronized (monitor) {
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
Thread blockedThread = new Thread(() -> {
synchronized (monitor) {
System.out.println("Blocked thread entered synchronized block");
}
});
blockingThread.start();
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
blockedThread.start();
}
}
在上述代码中，blockingThread 首先获取 monitor 对象的锁，并睡眠5秒。在此期间，blockedThread 尝试获取同一锁，从而进入 blocked 状态。
如何检测线程是否处于 blocked 状态
在Java中，没有直接的方法可以检测线程是否处于 blocked 状态。但是，可以通过 Thread.getState() 方法获取线程的状态，然后判断是否为 Thread.State.BLOCKED。例如：
public class CheckBlockedStateExample {
private static final Object lock = new Object();
public static void main(String[] args) {
Thread blockingThread = new Thread(() -> {
synchronized (lock) {
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
Thread blockedThread = new Thread(() -> {
synchronized (lock) {
System.out.println("Blocked thread entered synchronized block");
}
});
blockingThread.start();
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
blockedThread.start();
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Blocked thread state: " + blockedThread.getState());
}
}
在这个示例中，通过 blockedThread.getState() 方法获取线程状态，并打印出来。如果线程处于 blocked 状态，输出将为 Thread.State.BLOCKED。
常见实践
在多线程同步中的应用
在多线程编程中，同步是防止数据竞争和确保线程安全的关键。通过使用同步块和同步方法，可以控制线程对共享资源的访问。例如：
public class SharedResource {
private int count = 0;
public synchronized void increment() {
count++;
}
public synchronized int getCount() {
return count;
}
}
public class SynchronizationExample {
public static void main(String[] args) {
SharedResource resource = new SharedResource();
Thread thread1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
resource.increment();
}
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
resource.increment();
}
});
thread1.start();
thread2.start();
try {
thread1.join();
thread2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Final count: " + resource.getCount());
}
}
在上述代码中，SharedResource 类中的 increment 和 getCount 方法都是同步的。这意味着当一个线程调用这些方法时，其他线程会被阻塞，直到该线程释放锁，从而保证了 count 变量的线程安全。
处理资源竞争时的 blocked 情况
当多个线程竞争同一资源时，可能会出现 blocked 情况。例如，多个线程同时尝试访问一个文件：
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
public class FileAccessExample {
private static final String FILE_NAME = "output.txt";
public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(() -> {
try (FileWriter writer = new FileWriter(FILE_NAME, true)) {
writer.write("Thread 1 wrote this line.\n");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
try (FileWriter writer = new FileWriter(FILE_NAME, true)) {
writer.write("Thread 2 wrote this line.\n");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
});
thread1.start();
thread2.start();
}
}
在这个例子中，如果文件系统不支持并发写入，一个线程在写入文件时，另一个线程可能会被阻塞，直到第一个线程完成写入操作。
最佳实践
避免不必要的 blocked 状态
- 减小同步块的范围：尽量将同步块的范围限制在最小必要的代码段，以减少线程被阻塞的时间。例如：
public class MinimizeSynchronization {
private static final Object lock = new Object();
private static int sharedValue = 0;
public static void increment() {
synchronized (lock) {
sharedValue++;
}
// 其他不需要同步的操作
}
}
在上述代码中，只对 sharedValue++ 这一关键操作进行同步，减少了同步块的范围。
- 使用并发集合：Java提供了许多并发安全的集合类，如
ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等。使用这些集合可以避免手动同步，从而减少blocked状态的出现。例如：
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
public class ConcurrentCollectionExample {
private static final ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(() -> {
map.put("key1", 1);
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
map.put("key2", 2);
});
thread1.start();
thread2.start();
}
}
优化多线程程序以减少 blocked 时间
- 线程池的合理使用：使用线程池可以减少线程的创建和销毁开销，同时可以更好地控制线程的并发度。例如：
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExample {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
executor.submit(() -> {
// 线程执行的任务
});
}
executor.shutdown();
}
}
- 异步处理：对于一些耗时操作，可以采用异步处理的方式，避免主线程被阻塞。例如，使用
CompletableFuture进行异步计算：
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
public class AsynchronousExample {
public static void main(String[] args) {
CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 耗时操作
return 42;
});
future.thenAccept(result -> {
System.out.println("Result: " + result);
});
// 主线程可以继续执行其他任务
}
}
小结
本文深入探讨了Java中 blocked 状态的相关知识，包括基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践。理解线程的 blocked 状态对于编写高效、稳定的多线程程序至关重要。通过合理使用同步机制、避免不必要的 blocked 状态以及优化多线程程序，可以提高程序的性能和并发处理能力。