• 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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