Java 线程状态流转图
一.线程状态流转图
Java的线程可以有多种状态，在Thread.State类中定义了6个常量来表示线程的状态，分别是NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING、TERMINATED，下面是比较详细的一幅状态流转图：
二.示例代码
2.1 sleep
先看下面一段代码，测试sleep的时候是否会释放已经获取到的资源：
package cn.ganlixin.thread;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
@Slf4j
public class TestSleep {
// 创建一个对象，作为synchronized的monitor（锁）
private static Object obj = new Object();
/**
* 创建线程要完成的操作
*/
public void work() {
log.info("进入work，尝试获取monitor(obj)");
// 获取监视器（monitor）
synchronized (obj) {
log.info("获取到monitor");
try {
// 进入的线程进行阻塞
TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
/**
* 测试sleep操作是否会释放已经获取的资源
*/
@Test
public void test() throws InterruptedException {
Runnable runnable = this::work;
Thread t1 = new Thread(runnable);
Thread t2 = new Thread(runnable);
t1.start();
t2.start();
// 主线程阻塞等待t1和t2执行
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
log.info("t1的状态:{}, t2的状态:{}", t1.getState(), t2.getState());
TimeUnit.SECONDS.sleep(100);
}
}
运行结果如下：
INFO 2020-06-16 18:08:14 [Thread-2] - 进入work，尝试获取monitor(obj) INFO 2020-06-16 18:08:14 [Thread-1] - 进入work，尝试获取monitor(obj) INFO 2020-06-16 18:08:14 [Thread-2] - 获取到monitor INFO 2020-06-16 18:08:15 [main] - t1的状态:BLOCKED, t2的状态:TIMED_WAITING INFO 2020-06-16 18:08:24 [Thread-1] - 获取到monitor
从输出结果可以可以看到，t1和t2同时启动，t2先进入同步块，获取到monitor后，t2继续执行，进行10秒sleep，休眠过程中t2处于TIMED_WAITING状态。
与此同时，由于t1未获取到monitor，只能阻塞等待t2释放monitor，此时t1处于BLOCKED状态；
等待10秒过后，t1 sleep结束，t1退出同步代码块，t2这才获取到monitor。
根据上面的例子总结一下，有以下几点：
1.线程进行sleep操作时，不会释放已经获取的资源；
2.线程进行sleep时，线程状态为TIMED_WAITING；
3.因为没有获取到monitor而发生线程阻塞，此时线程处于BLOCKED状态。
2.2 wait与notify
wait和后面的notify都是针对monitor来说的，可以进行线程间的通信。
下面介绍
package cn.ganlixin.thread;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 描述:
*
* @author ganlixin
* @create 2020-06-16
*/
@Slf4j
public class TestWaitAndNotify {
private static Object monitor = new Object();
@Test
public void test() throws InterruptedException {
Runnable doWaitRunnable = this::doWait;
Runnable doNotifyRunnable = this::doNotify;
// 两个线程执行相同的doWait，观察是否有线程阻塞
Thread t1 = new Thread(doWaitRunnable);
Thread t2 = new Thread(doWaitRunnable);
Thread t3 = new Thread(doNotifyRunnable);
// t1和t2会进行wait
t1.start();
t2.start();
// 休眠3秒，等待t1和t2运行起来
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
log.info("t1的状态:{}, t2的状态:{}", t1.getState(), t2.getState());
// 启动t3，进行notify
t3.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
}
private void doWait() {
log.info("doWait -> 进入到doWait");
synchronized (monitor) {
log.info("doWait -> 获取到monitor");
try {
// 阻塞
monitor.wait();
log.info("doWait -> wait状态解除");
} catch (InterruptedException e) {
log.info("doWait -> 捕获InterruptedException，e=", e);
}
}
}
public void doNotify() {
log.info("doNotify -> 进入doNotify");
synchronized (monitor) {
log.info("doNotify -> 获取到monitor，开始notify");
// notify会随机选择一个调用了monitor.wait而等待线程
monitor.notify();
// notifyAll，会通知所有调用了monitor.wait的线程
// monitor.notifyAll();
log.info("doNotify -> notify完成");
}
}
}
运行上面的代码，运行结果如下：
INFO 2020-06-16 19:07:48 [Thread-2] - doWait -> 进入到doWait INFO 2020-06-16 19:07:48 [Thread-1] - doWait -> 进入到doWait INFO 2020-06-16 19:07:48 [Thread-1] - doWait -> 获取到monitor INFO 2020-06-16 19:07:48 [Thread-1] - doWait -> 获取到monitor INFO 2020-06-16 19:07:51 [main] - t1的状态:WAITING, t2的状态:WAITING INFO 2020-06-16 19:07:51 [Thread-3] - doNotify -> 进入doNotify INFO 2020-06-16 19:07:51 [Thread-3] - doNotify -> 获取到monitor，开始notify INFO 2020-06-16 19:07:51 [Thread-3] - doNotify -> notify完成 INFO 2020-06-16 19:07:51 [Thread-2] - doWait -> wait状态解除
从上面的运行结果可以看出，2个线程同时执行doWait，虽然有同步块synchronized(monitor)，但是两个线程并没有发生阻塞，几乎同时获取到了monitor，获取到monitor后，t1和t2执行wait操作，此时两个线程的状态为WAITING状态；t3启动后，执行doNotify，同样能够获取都monitor，并进行notify操作，notify后，t2的wait状态接触。
根据这个例子，总结一下：
1.调用monitor的wait方法，会释放synchronized中的monitor，所以其他线程也可以获取到monitor，这点与sleep不同；
2.调用monitor.wait方法后，线程处于WAITING状态；
3.可以调用monitor.notify()或者monitor.notifyAll()来通知调用了monitor.wait()的线程，只不过notify()只会通知一个线程，并且这个随意选择一个线程通知，并不是按照wait顺序进行notify。
2.3suspend与resume
suspend挂起线程，resume让一个挂起的线程继续执行
package cn.ganlixin.thread;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
@Slf4j
public class TestSuspendAndResume {
private static Object monitor = new Object();
@Test
public void test() throws InterruptedException {
Runnable runnable = this::doWork;
Thread t1 = new Thread(runnable);
Thread t2 = new Thread(runnable);
t1.start();
t2.start();
// 主线程休眠3秒，等待t1和t2执行
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
log.info("t1状态:{}, t2状态:{}", t1.getState(), t2.getState());
log.info("开始resume t1");
t1.resume();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
log.info("t1状态:{}", t1.getState());
log.info("开始resume t2");
t2.resume();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
log.info("t2状态:{}", t2.getState());
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
log.info("t1状态:{}, t2状态:{}", t1.getState(), t2.getState());
}
public void doWork() {
log.info("doWork -> 进入doWork，尝试获取monitor");
synchronized (monitor) {
log.info("doWork -> 获取到monitor");
// suspend挂起线程，接口已经是deprecated
Thread.currentThread().suspend();
log.info("doWork -> 挂起状态解除");
}
}
}
运行结果，这里运行了10次，发现会有不同的结果：
运行结果1如下
INFO 2020-06-16 19:52:47 [Thread-1] - doWork -> 进入doWork，尝试获取monitor INFO 2020-06-16 19:52:47 [Thread-2] - doWork -> 进入doWork，尝试获取monitor INFO 2020-06-16 19:52:47 [Thread-1] - doWork -> 获取到monitor INFO 2020-06-16 19:52:50 [main] - t1状态:RUNNABLE, t2状态:BLOCKED INFO 2020-06-16 19:52:50 [main] - 开始resume t1 INFO 2020-06-16 19:52:50 [Thread-1] - doWork -> 挂起状态解除 INFO 2020-06-16 19:52:50 [Thread-2] - doWork -> 获取到monitor INFO 2020-06-16 19:52:51 [main] - t1状态:TERMINATED INFO 2020-06-16 19:52:51 [main] - 开始resume t2 INFO 2020-06-16 19:52:51 [Thread-2] - doWork -> 挂起状态解除 INFO 2020-06-16 19:52:52 [main] - t2状态:TERMINATED INFO 2020-06-16 19:52:54 [main] - t1状态:TERMINATED, t2状态:TERMINATED
从这个结果中可以看出，t1和t2同时执行doWork，但是t1先获取到monitor，进入同步代码块，然后让t1调用suspend，将t1挂起，可以看到suspend让线程挂起的时候，并没有释放拥有的monitor，导致t2阻塞处于BLOCKED状态，而调用resume后的线程状态是RUNNABLE状态。
注意结果1中可以看到，resume的顺序和suspend的顺序相同，即t1 suspend后，再resume t1；t2 suspend后，再resume t2；而后面马上给出的运行结果2，就出现resume顺序和suspend顺序不相同的情况：
运行结果2如下：
INFO 2020-06-16 19:58:34 [Thread-2] - doWork -> 进入doWork，尝试获取monitor INFO 2020-06-16 19:58:34 [Thread-1] - doWork -> 进入doWork，尝试获取monitor INFO 2020-06-16 19:58:34 [Thread-2] - doWork -> 获取到monitor INFO 2020-06-16 19:58:37 [main] - t1状态:BLOCKED, t2状态:RUNNABLE INFO 2020-06-16 19:58:37 [main] - 开始resume t1 INFO 2020-06-16 19:58:38 [main] - t1状态:BLOCKED INFO 2020-06-16 19:58:38 [main] - 开始resume t2 INFO 2020-06-16 19:58:38 [Thread-2] - doWork -> 挂起状态解除 INFO 2020-06-16 19:58:38 [Thread-1] - doWork -> 获取到monitor INFO 2020-06-16 19:58:39 [main] - t2状态:TERMINATED INFO 2020-06-16 19:58:41 [main] - t1状态:RUNNABLE, t2状态:TERMINATED
从结果2中可以看出，
1.t1、t2进入doWork，t2先获取到monitor进入同步代码块，t1由于未获取到monitor处于BLOCKED状态，t2由于调用了suspend方法（挂起）而处于RUNNABLE状态；
2.先resume t1，但是t1的状态还是BLOCKED，然后resume t2，t2的挂起状态解除，t2释放monitor，t2完成任务后处于TERMINATED状态；
3.t1获取到monitor，t1执行suspend，一直到程序结束，t1都处于RUNNABLE状态，而不是预期的TERMINATED状态，这是因为resume t2的操作发生在 suspend t2之前。
根据这段代码，以及这两个运行结果，可以得出下面的结论：
1.调用suspend的线程不会释放已经拥有的资源；
2.调用suspend后，且未调用resume时，线程处于RUNNABLE状态（就绪）；
3.resume可以发生在suspend之前，且不会抛出异常，只不过此时suspend线程将一直保持RUNNABLE状态。
4.一定要防止出现resume发生在suspend之前，其实suspend和resume已经被废弃了，所以不使用这两个方法就ok了。
2.4 join
join可以实现，等待一个线程结束后，再执行后面的操作，看下面的示例代码：
package cn.ganlixin.thread;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
@Slf4j
public class TestJoin {
@Test
public void test() throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread() {
@Override
public void run() {
log.info("开始执行");
try {
log.info("进行sleep 3秒");
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
log.info("执行完毕");
}
};
Thread t2 = new Thread() {
@Override
public void run() {
log.info("开始执行");
try {
log.info("等待t1完成");
t1.join();
log.info("已经等到t1完成工作，t2继续执行");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
log.info("执行完毕");
}
};
t1.start();
t2.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
log.info("t1状态:{}, t2状态:{}", t1.getState(), t2.getState());
TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
}
}
运行结果如下：
INFO 2020-06-16 20:27:54 [Thread-1] - 开始执行 INFO 2020-06-16 20:27:54 [Thread-2] - 开始执行 INFO 2020-06-16 20:27:54 [Thread-2] - 等待t1完成 INFO 2020-06-16 20:27:54 [Thread-1] - 进行sleep 3秒 INFO 2020-06-16 20:27:55 [main] - t1状态:TIMED_WAITING, t2状态:WAITING INFO 2020-06-16 20:27:57 [Thread-1] - 执行完毕 INFO 2020-06-16 20:27:57 [Thread-2] - 已经等到t1完成工作，t2继续执行 INFO 2020-06-16 20:27:57 [Thread-2] - 执行完毕
从上面的运行结果得出以下结论：
1.调用t1.join()方法后，需要等待t1线程执行完毕后，t1.join()后面的语句才会执行；
2.t2在等待t1执行完毕的过程中，t2处于WAINTING状态。
2.5 yield
yield的功能：让当前线程“让”出cpu，注意，只是让出CPU，而不会释放已经获取到资源，看下面的示例即可：
package cn.ganlixin.thread;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
@Slf4j
public class TestYield {
private static Object monitor = new Object();
@Test
public void test() throws InterruptedException {
Runnable runnable = this::doWork;
Thread t1 = new Thread(runnable);
Thread t2 = new Thread(runnable);
t1.start();
t2.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
log.info("t1状态:{}, t2状态:{}", t1.getState(), t2.getState()); // RUNNABLE
TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
}
public void doWork() {
log.info("doWork -> 进入doWork");
synchronized (monitor) {
log.info("doWork -> 获取到monitor，进行死循环yield");
while (true) {
Thread.yield();
}
}
}
}
运行代码，结果如下：
INFO 2020-06-16 20:50:48 [Thread-2] - doWork -> 进入doWork INFO 2020-06-16 20:50:48 [Thread-1] - doWork -> 进入doWork INFO 2020-06-16 20:50:48 [Thread-2] - doWork -> 获取到monitor，进行死循环yield INFO 2020-06-16 20:50:50 [main] - t1状态:BLOCKED, t2状态:RUNNABLE
可以看到，t1和t2同时进入doWork，但是t1先获取到monitor进入同步代码块，然后t1一直死循环进行yield，而yield的时候，并没有释放资源（monitor）。
所以，yield理论上会“礼让”CPU，但是礼让CPU的同时，并不会释放已经获取的资源。
2.6 park和unpark
park用于让当前线程等待（WAITING），unpark将处于等待的线程恢复正常。
package cn.ganlixin.thread;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;
/**
* 描述:
*
* @author ganlixin
* @create 2020-06-16
*/
@Slf4j
public class TestParkAndUnpark {
@Test
public void test() throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread() {
@Override
public void run() {
log.info("开始park");
LockSupport.park();
log.info("WAITING状态解除");
}
};
t1.start();
// 让t1先执行几秒
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
log.info("t1的状态:{}", t1.getState());
log.info("开始执行unpark t1");
LockSupport.unpark(t1);
TimeUnit.SECONDS.sleep(20);
}
}
输出结果如下：
INFO 2020-06-16 23:38:26 [Thread-1] - 开始park INFO 2020-06-16 23:38:28 [main] - t1的状态:WAITING INFO 2020-06-16 23:38:28 [main] - 开始执行unpark t1 INFO 2020-06-16 23:38:28 [Thread-1] - WAITING状态解除
从上面的运行结果可以看出，线程调用park后阻塞，线程进入WAITING状态，当调用unpark的时候，并没有抛出InterruptedException。
