• Java 线程的生命周期


    当线程被创建并启动以后,它既不是一启动就进入了执行状态,也不是一直处于执行状态,在线程的生命周期中,它要经过新建(New)、就绪(Runnable)、运行(Running)、阻塞(Blocked)和死亡(Dead)5种状态。尤其是当线程启动以后,它不可能一直“霸占”着 CPU 独自运行,所以 CPU 需要在多条线程之间切换,于是线程状态也会多次在运行、阻塞之间切换。

    新建和就绪状态

    当程序使用 new 关键字创建了一个线程之后,该线程就处于新建状态,此时它和其他的 Java 对象一样,仅仅由 Java 虚拟机为其分配内存,并初始化其成员变量的值。此时的线程对象没有表现出任何线程的动态特征,程序也不会执行线程的线程执行体。

    当线程对象调用了 start() 方法之后,该线程处于就绪状态, Java 虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器,处于这个状态中的线程并没有开始运行,只是表示该线程可以运行了。至于该线程何时开始运行,取决于 JVM 里线程调度器的调度。

    注意:启动线程使用 start() 方法,而不是 run() 方法!永远不要调用线程对象的 run() 方法!调用 start() 方法来启动线程,系统会 把该 run() 方法当成线程执行体来处理;但如果直接调用线程对象的 run() 方法,则 run() 方法立即就会被执行,而且在 run() 方法返回之前其他线程无法并发执行——也就是说,如果直接调用线程对象的 run() 方法,系统把线程对象当成一个普通对象,而 run() 方法也是一个普通方法,而不是线程执行体。

    public class InvokeRun extends Thread {
        private int i = 0;
    
        // 重写run()方法,方法体就是线程执行体
        public void run() {
            for (; i < 100; i++) {
                // 直接调用run()方法时,Thread的this.getName()返回的是该对象的名字
                // 而不是当前线程的名字
                // 使用Thread.currentThread().getName()总是获取当前线程的名字
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  " + i);
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                // 调用Thread的currentThread()方法获取当前线程
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  " + i);
                if (i == 20) {
                    //直接调用线程对象的run()方法 
                    //系统会把线程对象当成普通对象,把run()方法当成普通方法
                    //所以下面两行代码并不会启动两个线程,而是依次执行两个run()方法
                    new InvokeRun().run();
                    new InvokeRun().run();
                }
            }
        }
        
    }

    上面程序创建线程对象后直接调用了线程对象的 run() 方法(如粗体字代码所示),程序运行的结果是整个程序只有一个线程:主线程。还有一点需要指出,如果直接调用线程对象的 run() 方法,则 run() 方法里不能直接通过 getName() 方法来获得当前执行线程的名字,而是需要使用 Thread.currentThread() 方法先获得当前线程,再调用线程对象的 getName() 方法来获得线程的名字。

    通过上面程序不难看出,启动线程的正确方法是调用 Thread 对象的 start() 方法,而不是直接调用 run()方法,否则就变成单线程程序了。

    需要指出的是,调用了线程的 run() 方法之后,该线程已经不再处于新建状态,不要再次调用线程对象的 start() 方法。

    注意:只能对处于新建状态的线程调用 start() 方法,否则将引发 IllegalThreadStateException 异常

    调用线程对象的 start() 方法之后,该线程立即进入就绪状态——就绪状态相当于“等待执行”,但该线程并未真正进入运行状态

    提示:如果希望调用子线程的 start() 方法后子线程立即开始执行,程序可以使用 Thread.sleep(1) 来让当前运行的线程(主线程)睡眠1毫秒——1毫秒就够了,因为在这1毫秒内 CPU 不会空闲,它会去执行另一个处于就绪状态的线程,这样就可以让子线程立即开始执行。

    运行和阻塞状态

    如果处于就绪状态的线程获得了 CPU,开始执行 run() 方法的线程执行体,则该线程处于运行状态,

    如果计算机只有一个 CPU,那么在任何时刻只有一个线程处于运行状态。当然,在一个多处理器的机器上,将会有多个线程并行(注意是并行: parallel)执行;当线程数大于处理器数时,依然会存在多个线程在同一个 CPU 上轮换的现象。

    当一个线程开始运行后,它不可能一直处于运行状态(除非它的线程执行体足够短,瞬间就执行结束了),线程在运行过程中需要被中断,目的是使其他线程获得执行的机会,线程调度的细节取决于底层平台所釆用的策略。对于釆用抢占式策略的系统而言,系统会给每个可执行的线程一个小时间段来处理任务;当该时间段用完后,系统就会剥夺该线程所占用的资源,让其他线程获得执行的机会。在选择下一个线程时,系统会考虑线程的优先级。

    所有现代的桌面和服务器操作系统都釆用抢占式调度策略,但一些小型设备如手机则可能采用协作式调度策略,在这样的系统中,只有当一个线程调用了它的 sleep() 或 yield() 方法后才会放弃所占用的资源——也就是必须由该线程主动放弃所占用的资源。

    当发生如下情况时,线程将会进入阻塞状态。

    • 线程调用 sleep() 方法主动放弃所占用的处理器资源。
    • 线程调用了一个阻塞式 IO 方法,在该方法返回之前,该线程被阻塞。
    • 线程试图获得一个同步监视器,但该同步监视器正被其他线程所持有。
    • 线程在等待某个通知(notify)。
    • 程序调用了线程的 suspend() 方法将该线程挂起。但这个方法容易导致死锁,所以应该尽量避免使用该方法。

    当前正在执行的线程被阻塞之后,其他线程就可以获得执行的机会。被阻塞的线程会在合适的时候重新进入就绪状态,注意是就绪状态而不是运行状态。也就是说,被阻塞线程的阻塞解除后,必须重新等待线程调度器再次调度它。

    针对上面几种情况,当发生如下特定的情况时可以解除上面的阻塞,让该线程重新进入就绪状态。

    • 调用 sleep() 方法的线程经过了指定时间。
    • 线程调用的阻塞式 IO 方法已经返回。
    • 线程成功地获得了试图取得的同步监视器。
    • 线程正在等待某个通知时,其他线程发出了一个通知。
    • 处于挂起状态的线程被调用了 resume() 恢复方法。

    从上图可以看出,线程从阻塞状态只能进入就绪状态,无法直接进入运行状态。而就绪和运行状态之间的转换通常不受程序控制,而是由系统线程调度所决定,当处于就绪状态的线程获得处理器资源时,该线程进入运行状态;当处于运行状态的线程失去处理器资源时,该线程进入就绪状态。但有一个方法例外,调用 yield() 方法可以让运行状态的线程转入就绪状态。

    线程死亡

    线程会以如下三种方式结束,结束后就处于死亡状态。

    • run() 或 call() 方法执行完成,线程正常结束。
    • 线程抛出一个未捕获的 Exception 或 Error 。
    • 直接调用该线程的 stop() 方法来结束该线程——该方法容易导致死锁,通常不推荐使用。

    注意:当主线程结束时,其他线程不受任何影响,并不会随之结束。一旦子线程启动起来后,它就拥有和主线程相同的地位,它不会受主线程的影响。

    为了测试某个线程是否已经死亡,可以调用线程对象的 isAlive() 方法,当线程处于就绪、运行、阻塞三种状态时,该方法将返回 true;当线程处于新建、死亡两种状态时,该方法将返回 false。

    注意:不要试图对一个已经死亡的线程调用 start() 方法使它重新启动,死亡就是死亡,该线程将不可再次作为线程执行。

    public class StartDead extends Thread{
        private int i = 0;
    
        // 重写run()方法,方法体就是线程执行体
        public void run() {
            for (; i < 100; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  " + i);
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            StartDead sd = new StartDead();
            for (int i = 0; i < 300; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  " + i);
                if (i == 20) {
                    //启动线程
                    sd.start();
                    //判断启动后的线程的isAlive()值,输出 true
                    System.out.println(sd.isAlive());
                }
                //当线程处于新建、死亡两种状态时,isAlive()方法返回 false
                //当i>20时,该线程肯定已经启动过了,如果sd.isAlive()为假时
                //那就是死亡状态了
                if(i>20 && !sd.isAlive()) {
                    //试图再次启动该线程
                    sd.start();
                }
            }
        }
    }

    注意:不要对处于死亡状态的线程调用 start() 方法,程序只能对新建状态的线程调用 start() 方法,对新建状态的线程两次调用 start() 方法也是错误的。这都会引发 IllegalThreadStateException 异常。

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