【线程呓语】与线程相关的一些概念

上一篇文章已经介绍了，线程是对CPU的模拟和抽象，因为一台机器只有一个CPU，又要执行多个应用的代码，为了让上层应用不考虑这些细节，而使用线程这么个东西抽象一下，这样让上层应用觉得整个CPU都是它的。但CPU毕竟只有一个（或是有限的），那么就必定存在线程的切换。这也就涉及线程的状态转换：

主意这里的箭头有双向的，有单向的。

线程在运行时可能由于需要某种资源而暂时停止运行，这称之为阻塞，当需要的资源得到满足时线程的状态会变成就绪，如果这个时候正好有CPU空闲或者正好线程调度到这个线程上，那么该线程就会马上执行。线程在运行时还有可能因为自己的时间片用完了，线程调度程序安排别的线程执行（上下文切换），而从运行状态变成就绪状态。就绪状态也可以稍后调度为运行状态。线程调度的算法有很多种，这在操作系统领域有很多文献专门来描述这个。

死锁（deadlock）

在写多线程相关的书籍或者文章中，恐怕死锁这个词出现的频率最高。那死锁到底是一个什么意思呢？

为了解释这个概念，我们假设有两个线程T1和T2，有两个资源R1和R2。在某一时刻，T1拥有R1，T2拥有R2。但是这两个线程贪得无厌，T1还需要R2才能运行所以阻塞了，而T2需要R1才能运行所以也阻塞了。所以这两个线程总是不断地尝试获取永远也得不到的东西互不相让，这种状态除非有外力的介入，不然不会打破。这就是死锁。死锁的危害性非常大，有可能造成整个系统的宕机。

我们来看下面这段程序，来演示一下如何弄出个死锁出来（该程序仅仅为了演示目的，实际中不要如此编码）：

using System;
using System.Threading;
namespace DeadLock
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Test t = new Test();
            Thread t1 = new Thread(t.test1);
            Thread t2 = new Thread(t.test2);

            t1.Start();
            t2.Start();

            Console.ReadLine();

        }
    }

    public class Test
    {
        private object resource1 = new object();
        private object resource2 = new object();

        public void test1()
        {

            Console.WriteLine(string.Format("test1:Thread{0} try to get resouce1", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString()));
            lock (resource1)
            {
                Console.WriteLine(string.Format("test1:Thread{0} got resouce1", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString()));
                Thread.Sleep(500);
                Console.WriteLine(string.Format("test1:Thread{0} try to get resouce2", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString()));
                lock (resource2)
                {
                    Console.WriteLine(string.Format("test1:Thread{0} got resouce2", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString()));
                }
            }
        }

        public void test2()
        {
            Console.WriteLine(string.Format("test2:Thread{0} try to get resouce2", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString()));
            lock (resource2)
            {
                Console.WriteLine(string.Format("test2:Thread{0} got resouce2", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString()));
                Thread.Sleep(500);
                Console.WriteLine(string.Format("test2:Thread{0} try to get resouce1", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString()));
                lock (resource1)
                {
                    Console.WriteLine(string.Format("test2:Thread{0} got resouce1", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString()));
                }
            }
        }
    }
}

thread1获取resource1后等待一会儿，让thread2获取到resource2，然后thread1“咬住”resource1死死不放，还去获取resource2，而thread2“咬住”resource2死死不放，去获取resource1，这样thread1和thread就像抱团一样了。

死锁形成的必要条件：

互斥条件：resource1和resource2只能被一个线程拥有

占有和等待条件：已经得到resource1的thread1可以再请求resource2，thread2也可以在获取到resource2后再获取resource1

不可抢占条件：已经分配给一个线程的资源不能强制性地被抢占（thread1已经得到了resource1，不能强制地剥夺它，除非thread1自己释放resource1，在这里就是退出lock块）

循环等待条件：死锁发生时，系统中肯定有两个或两个以上的线程组成一条环路，该环路中的每个线程都等待着下一个线程已经占有的资源。

与死锁相近的一个概念是活锁，或称之为饥饿

活锁（livelock）

说的就是某个线程或进程因为某些原因总是得不到自己需要的资源。假如现在排队买饭，饭堂规定年龄小的和年龄老的可以优先买饭，站在队伍的前面，如果总是有源源不断的人加进来，且总是 比你年龄小或年龄老，你就总是排在队伍的后头，最后饥饿而死~~

还有一个常见的情况是，编程时为了提高效率，常常将写操作和读操作分开，比如多个线程可以同时读某一资源，但只要有一个线程写那么其他线程就不能读也不能写了，那么如果现在有很多线程在读资源A，而有一个线程来写，这样就会造成总是有线程在读，而写线程却插不上去。

线程安全（thread safety）

在一些框架API文档中总是会出现这么一个句子：该接口是线程安全的。那么线程安全到底是什么意思呢？

意思就是说这个接口是否能在多线程环境下安全的调用。比如该接口可能会修改一些共享的数据，而又没有对这些共享数据加锁，那么就不能安全地在多线程环境下使用了。