关于后端:线程的状态有哪些它是如何工作的

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什么是线程

线程（Thread）是并发编程的根底，也是程序执行的最小单元，它依靠过程而存在。一个过程中能够蕴含多个线程，

多线程能够共享一块内存空间和一组系统资源，因而线程之间的切换更加节俭资源、更加轻量化，也因而被称为轻量级的过程。

当然，线程也是面试中常被问到的一个知识点，是程序员必备的根底技能，应用它能够无效地进步程序的整体运行速度。

面试问题

本文面试问题：线程的状态有哪些？它是如何工作的？

典型答复

线程的状态在 JDK 1.5 之后以枚举的形式被定义在 Thread 的源码中，它总共蕴含以下 6 个状态：

NEW，新建状态，线程被创立进去，但尚未启动时的线程状态；RUNNABLE，就绪状态，示意能够运行的线程状态，它可能正在运行，或者是在排队期待操作系统给它调配 CPU 资源；BLOCKED，阻塞期待锁的线程状态，示意处于阻塞状态的线程正在期待监视器锁，比方期待执行 synchronized 代码块或者应用 synchronized 标记的办法；WAITING，期待状态，一个处于期待状态的线程正在期待另一个线程执行某个特定的动作，比方，一个线程调用了 Object.wait() 办法，那它就在期待另一个线程调用 Object.notify() 或 Object.notifyAll() 办法；TIMED_WAITING，计时期待状态，和期待状态（WAITING）相似，它只是多了超时工夫，比方调用了有超时工夫设置的办法 Object.wait(long timeout) 和 Thread.join(long timeout) 等这些办法时，它才会进入此状态；TERMINATED，终止状态，示意线程曾经执行实现。

线程状态的源代码如下：

public enum State {
    /**
     * 新建状态，线程被创立进去，但尚未启动时的线程状态
     */
    NEW,

    /**
     * 就绪状态，示意能够运行的线程状态，但它在排队期待来自操作系统的 CPU 资源
     */
    RUNNABLE,

    /**
     * 阻塞期待锁的线程状态，示意正在处于阻塞状态的线程
     * 正在期待监视器锁，比方期待执行 synchronized 代码块或者
     * 应用 synchronized 标记的办法
     */
    BLOCKED,

    /**
     * 期待状态，一个处于期待状态的线程正在期待另一个线程执行某个特定的动作。* 例如，一个线程调用了 Object.wait() 它在期待另一个线程调用
     * Object.notify() 或 Object.notifyAll()
     */
    WAITING,

    /**
     * 计时期待状态，和期待状态 (WAITING) 相似，只是多了超时工夫，比方
     * 调用了有超时工夫设置的办法 Object.wait(long timeout) 和 
     * Thread.join(long timeout) 就会进入此状态
     */
    TIMED_WAITING,

    /**
     * 终止状态，示意线程曾经执行实现
     */
}

线程的工作模式是，首先先要创立线程并指定线程须要执行的业务办法，而后再调用线程的 start() 办法，此时线程就从 NEW（新建）

状态变成了 RUNNABLE（就绪）状态，此时线程会判断要执行的办法中有没有 synchronized 同步代码块，如果有并且其余线程也在应用此锁，那么线程就会变为 BLOCKED（阻塞期待）状态，当其余线程应用完此锁之后，线程会继续执行残余的办法。

当遇到 Object.wait() 或 Thread.join() 办法时，线程会变为 WAITING（期待状态）状态，如果是带了超时工夫的期待办法，

那么线程会进入 TIMED_WAITING（计时期待）状态，当有其余线程执行了 notify() 或 notifyAll() 办法之后，线程被唤醒继续执行残余的业务办法，直到办法执行实现为止，此时整个线程的流程就执行完了，执行流程如下图所示：

考点剖析

线程个别会作为并发编程的起始问题，用于引出更多的对于并发编程的面试问题。当然对于线程的把握水平也决定了你对并发编程的把握水平，通常面试官还会问：

BLOCKED（阻塞期待）和 WAITING（期待）有什么区别？start() 办法和 run() 办法有什么区别？线程的优先级有什么用？该如何设置？线程的罕用办法有哪些？

接下来咱们一起来看这些问题的答案。

常识扩大

1.BLOCKED 和 WAITING 的区别

尽管 BLOCKED 和 WAITING 都有期待的含意，但二者有着实质的区别，首先它们状态造成的调用办法不同，
其次 BLOCKED 能够了解为以后线程还处于沉闷状态，只是在阻塞期待其余线程应用完某个锁资源；而 WAITING
则是因为本身调用了 Object.wait() 或着是 Thread.join() 又或者是 LockSupport.park() 而进入期待状态，
只能期待其余线程执行某个特定的动作能力被持续唤醒，比方当线程因为调用了 Object.wait() 而进入 WAITING 状态之后，
则须要期待另一个线程执行 Object.notify() 或 Object.notifyAll() 能力被唤醒。

2.start() 和 run() 的区别

首先从 Thread 源码来看，start() 办法属于 Thread 本身的办法，并且应用了 synchronized 来保障线程平安，源码如下：

public synchronized void start() {
    // 状态验证，不等于 NEW 的状态会抛出异样
    if (threadStatus != 0)
        throw new IllegalThreadStateException();
    // 告诉线程组，此线程行将启动

    group.add(this);
    boolean started = false;
    try {start0();
        started = true;
    } finally {
        try {if (!started) {group.threadStartFailed(this);
            }
        } catch (Throwable ignore) {// 不解决任何异样，如果 start0 抛出异样，则它将被传递到调用堆栈上}
    }
}

run() 办法为 Runnable 的形象办法，必须由调用类重写此办法，重写的 run() 办法其实就是此线程要执行的业务办法，源码如下：

public class Thread implements Runnable {
 // 疏忽其余办法......
  private Runnable target;
  @Override
  public void run() {if (target != null) {target.run();
      }
  }
}
@FunctionalInterface
public interface Runnable {public abstract void run();
}

从执行的成果来说，start() 办法能够开启多线程，让线程从 NEW 状态转换成 RUNNABLE 状态，而 run() 办法只是一个一般的办法。

其次，它们可调用的次数不同，start() 办法不能被屡次调用，否则会抛出 java.lang.IllegalStateException；而 run() 办法能够进行屡次调用，因为它只是一个一般的办法而已。

3. 线程优先级

在 Thread 源码中和线程优先级相干的属性有 3 个：

// 线程能够领有的最小优先级
public final static int MIN_PRIORITY = 1;

// 线程默认优先级
public final static int NORM_PRIORITY = 5;

// 线程能够领有的最大优先级
public final static int MAX_PRIORITY = 10

线程的优先级能够了解为线程抢占 CPU 工夫片的概率，优先级越高的线程优先执行的概率就越大，但并不能保障优先级高的线程肯定先执行。

在程序中咱们能够通过 Thread.setPriority() 来设置优先级，setPriority() 源码如下：

public final void setPriority(int newPriority) {
    ThreadGroup g;
    checkAccess();
    // 先验证优先级的合理性
    if (newPriority > MAX_PRIORITY || newPriority < MIN_PRIORITY) {throw new IllegalArgumentException();
    }
    if((g = getThreadGroup()) != null) {
        // 优先级如果超过线程组的最高优先级，则把优先级设置为线程组的最高优先级
        if (newPriority > g.getMaxPriority()) {newPriority = g.getMaxPriority();
        }
        setPriority0(priority = newPriority);
    }
}

4. 线程的罕用办法

线程的罕用办法有以下几个。

（1）join()

在一个线程中调用 other.join()，这时候以后线程会让出执行权给 other 线程，直到 other 线程执行完或者过了超时工夫之后再继续执行以后线程，join() 源码如下：

public final synchronized void join(long millis)
throws InterruptedException {long base = System.currentTimeMillis();
    long now = 0;
    // 超时工夫不能小于 0
    if (millis < 0) {throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
    }
    // 等于 0 示意有限期待，直到线程执行完为之
    if (millis == 0) {// 判断子线程 ( 其余线程) 为沉闷线程，则始终期待
        while (isAlive()) {wait(0);
        }
    } else {
        // 循环判断
        while (isAlive()) {
            long delay = millis - now;
            if (delay <= 0) {break;}
            wait(delay);
            now = System.currentTimeMillis() - base;}
    }
}

从源码中能够看出 join() 办法底层还是通过 wait() 办法来实现的。

例如，在未应用 join() 时，代码如下：

public class ThreadExample {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread thread = new Thread(() -> {for (int i = 1; i < 6; i++) {
                try {Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("子线程睡眠：" + i + "秒。");
            }
        });
        thread.start(); // 开启线程
        // 主线程执行
        for (int i = 1; i < 4; i++) {
            try {Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("主线程睡眠：" + i + "秒。");
        }
    }
}

程序执行后果为：

 主线程睡眠：1 秒。子线程睡眠：1 秒。主线程睡眠：2 秒。子线程睡眠：2 秒。主线程睡眠：3 秒。子线程睡眠：3 秒。子线程睡眠：4 秒。子线程睡眠：5 秒。

从后果能够看出，在未应用 join() 时奴才线程会交替执行。

而后咱们再把 join() 办法退出到代码中，代码如下：

public class ThreadExample {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread thread = new Thread(() -> {for (int i = 1; i < 6; i++) {
                try {Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("子线程睡眠：" + i + "秒。");
            }
        });
        thread.start(); // 开启线程
        thread.join(2000); // 期待子线程先执行 2 秒钟
        // 主线程执行
        for (int i = 1; i < 4; i++) {
            try {Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("主线程睡眠：" + i + "秒。");
        }
    }
}

程序执行后果为：

 子线程睡眠：1 秒。子线程睡眠：2 秒。主线程睡眠：1 秒。// thread.join(2000); 期待 2 秒之后，主线程和子线程再交替执行
子线程睡眠：3 秒。主线程睡眠：2 秒。子线程睡眠：4 秒。子线程睡眠：5 秒。主线程睡眠：3 秒。

从执行后果能够看出，增加 join() 办法之后，主线程会先等子线程执行 2 秒之后才继续执行。

（2）yield()

看 Thread 的源码能够晓得 yield() 为本地办法，也就是说 yield() 是由 C 或 C++ 实现的，源码如下：

public static native void yield();

yield() 办法示意给线程调度器一个以后线程违心出让 CPU 使用权的暗示，然而线程调度器可能会疏忽这个暗示。

比方咱们执行这段蕴含了 yield() 办法的代码，如下所示：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Runnable runnable = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {
                System.out.println("线程：" +
                        Thread.currentThread().getName() + "I：" + i);
                if (i == 5) {Thread.yield();
                }
            }
        }
    };
    Thread t1 = new Thread(runnable, "T1");
    Thread t2 = new Thread(runnable, "T2");
    t1.start();
    t2.start();}

当咱们把这段代码执行屡次之后会发现，每次执行的后果都不雷同，这是因为 yield() 执行十分不稳固，

线程调度器不肯定会驳回 yield() 出让 CPU 使用权的倡议，从而导致了这样的后果。

总结

本课时咱们介绍了线程的 6 种状态以及线程的执行流程，还介绍了 BLOCKED（阻塞期待）和 WAITING（期待）的区别，

start() 办法和 run() 办法的区别，以及 join() 办法和 yield() 办法的作用，但咱们不能死记硬背，要多入手实际能力真正的了解这些知识点。

本文由 mdnice 多平台公布

正文完
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2022-09-14
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