Java线程状态（生命周期）--一篇入魂

1.线程状态（生命周期）

一个线程在给定的时间点只能处于一种状态。

线程可以有如下6 种状态：

  • New (新创建）：未启动的线程；
  • Runnable (可运行）：可运行的线程，需要等待操作系统资源；
  • Blocked (被阻塞）：等待监视器锁而被阻塞的线程；
  • Waiting (等待）：等待唤醒状态，无限期地等待另一个线程唤醒；
  • Timed waiting (计时等待）：在指定的等待时间内等待另一个线程执行操作的线程；
  • Terminated (被终止）：已退出的线程。

要确定一个线程的当前状态， 可调用getState 方法

线程状态关系图

注意：虚线框（全大写英文）的状态为Java线程状态。

image

2.操作线程状态

2.1.新创建状态（NEW）

就是实例化线程完成后，未启动线程的状态。

可通过三种方式创建线程

  • 重写Thread类run()方法
  • 实现Runnable接口
  • 实现Callable接口

一个简单的例子概括三种方式

public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        /**
         * 1.直接重写run() 或继承Thread类再重写run()
         */
        Thread thread = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("Thread");
            }
        };
        // 开启线程
        thread.start();

        /**
         * 2.lambda、内部类或线程类方式实现Runnable接口，实现run()方法
         * 再交给Thread 类
         */
        Thread runThread = new Thread(() -> {
            System.out.println("Runnable");
        });
        // 开启线程
        runThread.start();

        /**
         * 3.lambda、内部类或线程类方式实现Callable接口，实现call()方法
         * 再交给Thread 类：FutureTask本质也是Runnable实现类
         */
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(() -> {
            System.out.println("Callable");
            return "CallableThread";
        });
        Thread callThread = new Thread(futureTask);
        // 开启线程
        callThread.start();
        // 获取call()方法的返回值
        String s = futureTask.get();
        System.out.println("call()方法的返回值："+s);
    }

}

不重写 run() 或 call() 方法直接实例化Thread类创建的线程没有实际意义；

只有Callable方式创建的线程可以获取线程的返回值。

2.2.可运行状态（RUNNABLE）

该状态指的是线程实例化对象调用start()方法后进入的状态。线程处于可以运行状态，如果有处理器等资源，就可以执行程序。

该状态在操作系统层面包含两步：线程就绪和线程运行中，但在Java线程状态中，这两步都统称为Runnable（可运行）状态。

线程由就绪状态变为运行状态，重点就看你的线程有没有抢到CPU资源（CPU时间片），谁抢到就运行，没抢到就等。因为CPU时间片（执行时间）非常短，大概十几毫秒，所以线程切换的这个时间是非常短的，就绪状态变为运行状态的时间也非常短，在开发时几乎感觉不到这种状态的变化，所以在Java中将两者看作是一个整体，重点关注线程可否运行并区别于其他状态即可，更进一步简化线程的开发。如果你的程序要运行很久（比如写个死循环），在一个CPU时间片内没有执行完成，那么你的线程就要抢下一次的CPU时间片，抢到了才可以继续执行程序，没抢到那就要继续抢，直到线程中的程序执行完成。

其实这个场景应该都见到过，例如多个线程执行同一个程序，都将日志打印到同一个文件时，就会出现不同线程的日志混在了一起的情况，不利于排查问题。解决这种问题常见的方法有：一是分线程打印日志到不同文件；二是将日志信息保存到字符串对象中，在程序的最后将日志信息一次性打印到文件。第二种方式就是利用CPU的一个时间片来完成日志信息的打印。

注意：程序只能对新建状态的线程调用start()方法，不要对处于非新建状态的线程调用start() 方法，这都会引发IllegalThreadStateException异常。

2.3.被阻塞状态（BLOCKED）

线程处于等待监视器锁而被阻塞的状态。有一个线程获取了锁未释放，其他线程也来获取，但发现获取不到锁也进入了被阻塞状态。

被阻塞状态只存在于多线程并发访问下，区别于后面两种因线程自己进入”等待“而导致的阻塞。

进入状态

  • 进入synchronized 代码块/方法
  • 未获取到锁

退出状态

  • 获取到监视器锁

2.4.等待唤醒状态（WAITING）

整个流程是这样的：线程在某个对象的同步方法中先获取到对象锁；在执行wait方法时，该线程将释放对象锁，并且该线程被放入到这个对象的等待队列；等待另一个线程获取到同一个对象的锁，然后通过notify() 或 notifyAll() 方法唤醒对象等待队列中的线程。

从整个流程可以知道

wait (),notify () 和 notifyAll () 方法需要在线程获取到锁的情况下才可以继续执行，所以这三个方法都需要放在同步代码块/方法中执行，否则报异常：java.lang.IllegalMonitorStateException。

在同步代码块中，线程进入WAITING 状态时，锁会被释放，不会导致该线程阻塞。反过来想下，如果锁没释放，那其他线程就没办法获取锁，也就没办法唤醒它。

进入状态

  • object.wait()
  • thread.join()
  • LockSupport.park()

退出状态

  • object.notify()
  • object.notifyall()
  • LockSupport.unpark()

2.5.计时等待状态（TIMED_WAITING）

一般是计时结束就会自动唤醒线程继续执行后面的程序，对于Object.wait(long) 方法还可以主动通知唤醒。

注意：Thread类下的sleep() 方法可以放在任意地方执行；而wait(long) 方法和wait() 方法一样，需要放在同步代码块/方法中执行，否则报异常：java.lang.IllegalMonitorStateException。

进入状态

  • Thread.sleep(long)
  • Object.wait(long)
  • Thread.join(long)
  • LockSupport.parkNanos(long)
  • LockSupport.parkNanos(Object blocker, long nanos)
  • LockSupport.parkUntil(long)
  • LockSupport.parkUntil(Object blocker, long deadline)

注：blocker 参数为负责此线程驻留的同步对象。

退出状态

  • 计时结束
  • LockSupport.unpark(Thread)
  • object.notify()
  • object.notifyall()

2.6.终止（TERMINATED）

线程执行结束

  • run()/call() 执行完成
  • stop()线程
  • 错误或异常>>意外死亡

stop() 方法已弃用。

3.查看线程的6种状态

通过一个简单的例子来查看线程出现的6种状态。

案例

public class Demo3 {
    private static Object object ="obj";
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        Thread thread0 = new Thread(() -> {
            try {
                // 被阻塞状态（BLOCKED）
                synchronized (object){
                    System.out.println("thread0 进入：等待唤醒状态（WAITING）");
                    object.wait();
                    System.out.println("thread0 被解除完成：等待唤醒状态（WAITING）");
                }
                System.out.println("thread0 "+Thread.currentThread().getState());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        // 新创建状态（NEW）
        System.out.println(thread0.getName()+"："+thread0.getState());

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            try {
                System.out.println("thread1 进入：计时等待状态（TIMED_WAITING）");
                Thread.sleep(2);
                System.out.println("thread1 出来：计时等待状态（TIMED_WAITING）");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            // 被阻塞状态（BLOCKED）
            synchronized (object){
                System.out.println("thread1 解除：等待唤醒状态（WAITING）");
                object.notify();
                System.out.println("thread1 解除完成：等待唤醒状态（WAITING）");
            }
            System.out.println("thread1 "+Thread.currentThread().getState());
        });
        // 新创建状态（NEW）
        System.out.println(thread1.getName()+"："+thread1.getState());

        printState(thread0);
        printState(thread1);

        // 可运行状态（RUNNABLE）
        thread0.start();
        // 可运行状态（RUNNABLE）
        thread1.start();

    }
    
    
    // 使用独立线程来打印线程状态
    private static void printState(Thread thread) {
        new Thread(()->{
            while (true){
                System.out.println(thread.getName()+"："+thread.getState());
                if (thread.getState().equals(Thread.State.TERMINATED)){
                    System.out.println(thread.getName()+"："+thread.getState());
                    break;
                }
            }
        }).start();
    }
}

执行结果：简化后的输出结果

Thread-0：NEW

Thread-1：NEW

Thread-0：RUNNABLE

Thread-1：RUNNABLE

thread0 进入：等待唤醒状态（WAITING）

Thread-1：BLOCKED

thread1 进入：计时等待状态（TIMED_WAITING）

Thread-0：BLOCKED

Thread-0：WAITING

……

Thread-0：WAITING

Thread-1：BLOCKED

Thread-1：TIMED_WAITING

……

Thread-1：TIMED_WAITING

Thread-1：BLOCKED

……

Thread-1：BLOCKED

Thread-0：WAITING

……

Thread-0：WAITING

thread1 出来：计时等待状态（TIMED_WAITING）

Thread-0：WAITING

Thread-1：BLOCKED

thread1 解除：等待唤醒状态（WAITING）

Thread-1：BLOCKED

Thread-0：WAITING

Thread-0：BLOCKED

thread1 解除完成：等待唤醒状态（WAITING）

Thread-1：BLOCKED

thread1 RUNNABLE

Thread-0：BLOCKED

Thread-1：TERMINATED

thread0 被解除完成：等待唤醒状态（WAITING）

Thread-0：BLOCKED

thread0 RUNNABLE

Thread-0：TERMINATED

image

最终的执行结果如图。

注意：因为案例中使用了独立线程来打印不同线程的状态，会出现状态打印稍微延迟的情况。

image

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posted @ 2022-05-10 10:19  渊渟岳  阅读(149)  评论(0)  编辑  收藏  举报