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Java线程状态

jiezi

0 线程状态概述

分类

6 个状态定义: java.lang.Thread.State

  1. New: 尚未启动的线程的线程状态。
  2. Runnable: 可运行线程的线程状态，等待 CPU 调度。
  3. Blocked: 线程阻塞等待监视器锁定的线程状态。

处于 synchronized 同步代码块或方法中被阻塞。

  1. Waiting: 等待线程的线程状态。下 列不带超时的方式:

Object.wait、Thread.join、LockSupport.park

  1. Timed Waiting: 具有指定等待时间的等待线程的线程状态。下 列带超时的方式:

Thread.sleep、0bject.wait、Thread.join、LockSupport.parkNanos、LockSupport.parkUntil

  1. Terminated: 终止线程的线程状态。线程正常完成执行或者出现异常。

流程图

1 NEW


实现 Runnable 接口和继承 Thread 可以得到一个线程类，new 一个实例出来，线程就进入了初始状态

线程还是没有开始执行

有状态了，那肯定是已经创建好线程对象了（如果对象都没有，何来状态这说），
问题的焦点就在于还没有开始执行，当调用线程的 start()方法时，线程不一定会马上执行，因为Java 线程是映射到操作系统的线程执行，此时可能还需要等操作系统调度，但此时该线程的状态已经为RUNNABLE

2 RUNNABLE

只是说你有资格运行，调度程序没有挑选到你，你就永远是可运行状态。

2.1 条件

  • 调用 start()，进入可运行态
  • 当前线程 sleep()结束，其他线程 join()结束，等待用户输入完毕，某个线程拿到对象锁，这些线程也将进入可运行状态
  • 当前线程时间片用完，调用当前线程的 yield()方法，当前线程进入可运行状态
  • 锁池里的线程拿到对象锁后，进入可运行状态
  • 正在执行线程必属于此态

这个状态是最有争议的，注释中说了，它表示线程在 JVM 层面是执行的，但在操作系统层面不一定，它举例是 CPU，毫无疑问 CPU 是一个操作系统资源，但这也就意味着在等操作系统其他资源的时候，线程也会是这个状态

这里就有一个关键点 IO 阻塞算是等操作系统的资源？

3 BLOCKED


被挂起, 线程因为某种原因放弃了 cpu timeslice，暂时停止运行。

3.1 条件

  • 当前线程调用 Thread.sleep()，进入阻塞态
  • 运行在当前线程里的其它线程调用 join()，当前线程进入阻塞态。
  • 等待用户输入的时候，当前线程进入阻塞态。

3.2 分类

  • 等待阻塞

运行的线程执行 o.wait()方法，JVM 会把该线程放入等待队列 (waitting queue) 中

  • 同步阻塞

运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则 JVM 会把该线程放入锁池 (lock pool) 中

  • 其他阻塞

运行的线程执行 Thread.sleep(long ms)或 t.join()方法，或者发出了 I / O 请求时，JVM 会把该线程置为阻塞状态
当 sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者 I / O 处理完毕时，线程重新转入可运行 (runnable) 状态

线程在阻塞等待 monitor lock(监视器锁)
一个线程在进入 synchronized 修饰的临界区的时候, 或者在 synchronized 临界区中调用 Object.wait 然后被唤醒重新进入 synchronized 临界区都对应该态。

结合上面 RUNNABLE 的分析, 也就是 I / O 阻塞不会进入 BLOCKED 状态, 只有 synchronized 会导致线程进入该状态

关于 BLOCKED 状态，注释里只提到一种情况就是进入 synchronized 声明的临界区时会导致，这个也很好理解，synchronized 是 JVM 自己控制的，所以这个阻塞事件它自己能够知道（对比理解上面的操作系统层面）。

interrupt()是无法唤醒的! 只是做个标记而已!

4 等待


线程拥有对象锁后进入到相应的代码区后，调用相应的“锁对象”的 wait() 后产生的一种结果

  • 变相的实现

LockSupport.park()
LockSupport parkNanos()
LockSupport parkUntil()
Thread join()

它们也是在等待另一个对象事件的发生，也就是描述了等待的意思。

BLOCKED 状态也是等待的意思，有什么关系与区别呢?

  • BLOCKED 是虚拟机认为程序还不能进入某个区域，因为同时进去就会有问题，这是一块临界区
  • wait()的先决条件是要进入临界区，也就是线程已经拿到了“门票”，自己可能进去做了一些事情，但此时通过判定某些业务上的参数(由具体业务决定), 发现还有一些其他配合的资源没有准备充分，那么自己就等等再做其他的事情

有一个非常典型的案例就是通过 wait() 和notify()完成生产者 / 消费者模型
当生产者生产过快，发现仓库满了，即消费者还没有把东西拿走 (空位资源还没准备好) 时，生产者就等待有空位再做事情，消费者拿走东西时会发出“有空位了”的消息，那么生产者就又开始工作了
反过来也是一样，当消费者消费过快发现没有存货时，消费者也会等存货到来，生产者生产出内容后发出“有存货了”的消息，消费者就又来抢东西了。

在这种状态下，如果发生了对该线程的 interrupt() 是有用的，处于该状态的线程内部会抛出一个 InerruptedException
这个异常应当在 run() 里面捕获，使得 run() 正常地执行完成。当然在 run() 内部捕获异常后，还可以让线程继续运行，这完全是根据具体的应用场景来决定的。

在这种状态下，如果某线程对该锁对象做了 notify()，那么将从等待池中唤醒一个线程重新恢复到RUNNABLE
除notify()外，还有一个 notifyAll()，前者是
唤醒一个处于 WAITING 的线程，而后者是唤醒所有的线程。

Object.wait()是否需要死等呢?

不是，除中断外，它还有两个重构方法

  • Object.wait(int timeout), 传入的 timeout 参数是超时的毫秒值，超过这个值后会自动唤醒，继续做下面的操作(不会抛出InterruptedException，但是并不意味着我们不去捕获，因为不排除其他线程会对它做interrup())。
  • Object.wait(int timeout,int nanos) 这是一个更精确的超时设置，理论上可以精确到纳秒，这个纳秒值可接受的范围是 0~999999 (因为 100000onS 等于 1ms)。

同样的
LockSupport park()
LockSupport.parkNanos()
LockSupport.parkUntil()
Thread.join()
这些方法都会有类似的重构方法来设置超时，达到类似的目的，不过此时的状态不再是WAITING, 而是TIMED.WAITING

通常写代码的人肯定不想让程序死掉，但是又希望通过这些等待、通知的方式来实现某些平衡，这样就不得不去尝试采用“超时 + 重试 + 失败告知”等方式来达到目的。

TIMED _WAITING


当调用 Thread.sleep() 时, 相当于使用某个时间资源作为锁对象，进而达到等待的目的，当时间达到时触发线程回到工作状态。

TERM_INATED


这个线程对象也许是活的，但是，它已经不是一个单独执行的线程, 在一个死去的线程上调用 start()方法，会抛 java.lang.IllegalThreadStateException.
线程 run()、main() 方法执行结束，或者因异常退出了 run()方法，则该线程结束生命周期。死亡的线程不可再次复生。
run()走完了，线程就处于这种状态。其实这只是 Java 语言级别的一种状态，在操作系统内部可能已经注销了相应的线程，或者将它复用给其他需要使用线程的请求，而在 Java 语言级别只是通过 Java 代码看到的线程状态而已。

为什么 wait() 和notify()必须要使用 synchronized

如果不用就会报 ilegalMonitorStateException
常见的写法如下:

synchronized(Object){object.wait() ;//object.notify() ;}

synchronized(this){this.wait();
}
synchronized fun( ){this.wait();//this.notify();}

wait()和 notify()` 是基于对象存在的。

  • 那为什么要基于对象存在呢?

既然要等，就要考虑等什么，这里等待的就是一个对象发出的信号，所以要基于对象而存在。
不用对象也可以实现，比如 suspend()/resume()就不需要，但是它们是反面教材，表面上简单，但是处处都是问题

理解基于对象的这个道理后，目前认为它调用的方式只能是 Object.wait()，这样才能和对象挂钩。但这些东西还与问题“wait()/notify() 为什么必须要使用 synchronized” 没有
半点关系，或者说与对象扯上关系，为什么非要用锁呢?

既然是基于对象的，因此它不得不用一个数据结构来存放这些等
待的线程，而且这个数据结构应当是与该对象绑定的 (通过查看 C ++ 代码，发现该数据结构为一个双向链表)，此时在这个对象上可能同时有多个线程调用 wait()/notify(), 在向这个对象所对应的双向链表中写入、删除数据时，依然存在并发的问题，理论上
也需要一个锁来控制。在 JVM 内核源码中并没有发现任何自己用锁来控制写入的动作，只是通过检查当前线程是否为对象的 OWNER 来判定是否要抛出相应的异常。由此可见它希望该动作由 Java 程序这个抽象层次来控制，它为什么不想去自己控制锁呢?
因为有些时候更低抽象层次的锁未必是好事，因为这样的请求对于外部可能是反复循环地去征用，或者这些代码还可能在其他地方复用，也许将它粗粒度化会更好一些，而且这样的代在写在 Java 程序中本身也会更加清晰，更加容易看到相互之间的关系。

interrupt()操作只对处于 WAITING 和 TIME_WAITING 状态的线程有用，让它们]产生实质性的异常抛出。
在通常情况下，如果线程处于运行中状态，也不会让它中断，如果中断是成立的，可能会导致正常的业务运行出现问题。另外，如果不想用强制手段，就得为每条代码的运行设立检查，但是这个动作很麻烦，JVM 不愿意做这件事情，它做 interruptl )仅仅是打一个标记，此时程序中通过 isInterrupt()方法能够判定是否被发起过中断操作，如果被中断了，那么如何处理程序就是设计上的事情了。

举个例子，如果代码运行是一个死循环，那么在循环中可以这样做:

while(true) {if (Thread.currentThread.isInterrupt()) {
    // 可以做类似的 break、return, 抛出 InterruptedExcept ion 达到某种目的，这完全由自己决定
    // 如拋出异常，通常包装一层 try catch 异常处理，进一步做处理，如退出 run 方法或什么也不做
    }
}

这太麻烦了，为什么不可以自动呢?
可以通过一些生活的沟通方式来理解一下: 当你发现门外面有人呼叫你时，你自己是否搭理他是你的事情，这是一种有“爱”的沟通方式，反之是暴力地破门而入，把你强制“抓”出去的方式。

在 JDK 1.6 及以后的版本中，可以使用线程的interrupted()

判定线程是否已经被调用过中断方法，表面上的效果与 isInterrupted()
结果一样，不过这个方法是一个静态方法
除此之外，更大的区别在于这个方法调用后将会重新将中断状态设置为false, 方便于循环利用线程，而不是中断后状态就始终为 true, 就无法将状态修改回来了。类似的，判定线程的相关方法还有isAlive()

isDaemon()

等待队列

  1. 调用 wait(), notify()前，必须获得 obj 锁，也就是必须写在 synchronized(obj) 代码段内
  2. 与等待队列相关的步骤和图
  • 线程 1 获取对象 A 的锁，正在使用对象 A。
  • 线程 1 调用对象 A 的 wait()方法。
  • 线程 1 释放对象 A 的锁，并马上进入等待队列。
  • 锁池里面的对象争抢对象 A 的锁。
  • 线程 5 获得对象 A 的锁，进入 synchronized 块，使用对象 A。
  • 线程 5 调用对象 A 的 notifyAll()方法，唤醒所有线程，所有线程进入锁池。|| 线程 5 调用对象 A 的 notify()方法，唤醒一个线程，不知道会唤醒谁，被唤醒的那个线程进入锁池。
  • notifyAll()方法所在 synchronized 结束，线程 5 释放对象 A 的锁。
  • 锁池里面的线程争抢对象锁，但线程 1 什么时候能抢到就不知道了。|| 原本锁池 + 第 6 步被唤醒的线程一起争抢对象锁。

锁池状态

  1. 当前线程想调用对象 A 的同步方法时，发现对象 A 的锁被别的线程占有，此时当前线程进入锁池状态。

简言之，锁池里面放的都是想 争夺对象锁的线程

  1. 当一个线程 1 被另外一个线程 2 唤醒时，1 线程进入锁池状态，去争夺对象锁。
  2. 锁池是在同步的环境下才有的概念，一个对象对应一个锁池

几个方法的比较

  • Thread.sleep(long millis)

一定是当前线程调用此方法，当前线程进入阻塞，不释放对象锁，millis 后线程自动苏醒进入可运行态。
作用：给其它线程执行机会的最佳方式。

  • Thread.yield()

一定是当前线程调用此方法，当前线程放弃获取的 cpu 时间片，由运行状态变会可运行状态，让 OS 再次选择线程。
作用：让相同优先级的线程轮流执行，但并不保证一定会轮流执行。实际中无法保证 yield()达到让步目的，因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。Thread.yield()不会导致阻塞。

  1. t.join()/t.join(long millis)，当前线程里调用其它线程 1 的 join 方法，当前线程阻塞，但不释放对象锁，直到线程 1 执行完毕或者 millis 时间到，当前线程进入可运行状态。
  2. obj.wait()，当前线程调用对象的 wait()方法，当前线程释放对象锁，进入等待队列。依靠 notify()/notifyAll()唤醒或者 wait(long timeout)timeout 时间到自动唤醒。
  3. obj.notify()唤醒在此对象监视器上等待的单个线程，选择是任意性的。notifyAll()唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。

疑问

  1. 当对象锁被某一线程释放的一瞬间，锁池里面的哪个线程能获得这个锁？随机？队列 FIFO？or sth else？
  2. 等待队列里许许多多的线程都 wait()在一个对象上，此时某一线程调用了对象的 notify()方法，那唤醒的到底是哪个线程？随机？队列 FIFO？or sth else？java 文档就简单的写了句：选择是任意性的。

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