多线程之Thread状态

对于线程的定义,这里就不赘述了。但是有一点需要明确,对于单核处理器,即任何一个时候如果只有一颗CPU在工作,那么就只可能存在线程并发,不存在线程并行。

而线程之所有能够并发,也主要是源于现代CPU处理数据太快了,而将数据从内存读入到CPU的寄存器的速度相对而言太慢了。为了充分利用CPU的处理能力,不让CPU处于苦苦等待数据,采取允许多个线程在一段时间内“共同”运行。这里的共同两字使用引号,其实是说多个线程从较长的时间段来看,他们好似同时在运行。但其实具体到每一刹那,其实CPU仍只是处理一个线程的工作内容。

下面进入正题,首先介绍线程的状态。既然一个线程不是始终占用CPU,一个CPU通常也不会始终只处理一个线程的工作内容,那么必然的,线程在不同阶段,对外部而言就要予以标识,使得外部能够获知的线程的确切状态,以便进行相应的处理。

自JDK1.0起,Thread类就被引入了,其持有一个静态内部枚举State,共有六种取值。

Java线程的六种状态

NEW状态:是实例化Thread类时的初始默认状态

RUNABLE状态:是Thread实例运行的状态。这里实际上可再分为两种,READY和RUNING状态。从名字可以看出,RUNABLE只是表示具备运行的条件,但是不一定正在被执行。之所有对外不再将RUNABLE细分READY和RUNING状态,是因为这交给了JVM虚拟机来决定。既然如此,也就没必要对外暴露两种状态给JDK的使用者来感知。

BLOCKED状态:是Thread实例等待获取某个锁的状态。

WAITING状态:是Thread实例无限期的等待另一个线程做出某个特定行为的状态。

TIMED_WAITING: 和WAITING状态类似,但是处于该状态的Thread实例只会等待一段时间,如在这段时间内,该Thread实例没有“等到”另一线程做出某个特定行为,那么时间期满,视为已“等到”。

TERMINATED状态:是Thread实例已终止,不再有可能被执行了的状态。


这些状态之间的转换由下图表明:

线程状态的转换

下面对其中设计的重要方法进行一一说明

wait方法:该实例方法的正确使用方法如下图所示

wait的正确使用方式

首先,调用任何对象上的wait方法之前必须取得该对象上的锁,这也就是需要用sychronized关键字的原因。sychronized关键字保证了,线程只有在获取了obj的锁后,才会进入紧跟其后的代码块,进而调用obj.wait方法。倘若未能获取obj对象的锁,当线程执行到obj的wait方法时,就会抛出IllegalMonitorStateException,这是一个unchecked Exception。而当线程获取obj对象的锁后,当线程执行到obj的wait方法时,线程转为WAITING状态,与此同时线程会释放obj的锁。

其次,也许你已经注意到了,obj.wait方法通常处在一个while循环体中。通常情况下,必然是处于某种情况A,线程不可再运行下去,迫于无奈通过调用obj.wait方法的这种方式,使得这个持有obj对象的锁的线程,处于WAITING状态。此后某一时刻,当发生了某种特定动作(其实就是其他线程调用了同一个obj上的notify或notifyAll方法,这里先不详说),并且obj.wait方法所处的线程重新获得obj的锁之后,此时某种特殊情况A仍有成立的可能,因此这里需要一个while循环,进行再一次的判断。这里常犯的错误是,采取if语句。

最后,wait的方法签名上有throws InterruptedException。这一方面要求了,程序在编码时如果调用了obj的wait时,需要显示的进行异常处理(自己捕获,或者向上抛出)。另一方面也说明了,当线程因调用obj的wait方法而处于WAITING状态时,是能够响应中断的。


notify和notifyAll方法:有了obj的wait方法做铺垫,notify和notifyAll就很好理解了。下面以notify方法开始讨论。

notify方法的一个使用示例

首先,和wait方法类似,线程只有在获取了obj的锁后,才会进入紧跟其后的代码块,进而调用obj.notify方法。

其次,notify方法只保证因wait转入WAITING状态的状态被唤醒,不保证被唤醒的线程一定能够获得obj对象的锁。

最后调用notify方法,不会释放所在线程所持有的obj的锁。当线程执行到notify方法,对该线程而言,线程状态不会发生改变,因此这里和wait方法不同,不存在什么响应中断的机制。

而notify方法和notifyAll方法的不同之处在于:倘若有其他的多个线程因为wait方法转入WAITING状态,notify方法只会唤醒多个线程中的一个,至于是哪一个,这不为JAVA开发者所控制。而notifyAll方法会唤醒多个线程中的所有线程,当然也仅仅只是唤醒,由于一个对象的锁只有一个,因为这些被唤醒的线程还需要去竞争锁,JVM会决定由哪一个线程获得锁,其他未获得锁的线程因此进入BLOCKED状态(因为此时在等待进入sychronized代码块)


Thread对象的join实例方法:

Join方法的一个示例

首先,请未必注意,join方法是Thread实例的方法,普通的Object对象不具有这个方法。

此外,更重要的一点是,是调用join的线程转入WAITING状态,即主线程转入WAITING状态,而不是t线程。当t线程执行结束,主线程从WAITING才装入RUNNABLE状态。因此输出hello字符串1秒钟之后,world才会被输出。

上面的代码涉及到了自定义一个线程,以及如何开启它的知识,暂时还未说明。重点关注主线程和线程t的状态变化。

最后,和调用obj的wait方法一样,当主线程因为调用了Thread实例的join方法而转入WAITING状态时,依然能够响应中断。


Thread类的sleep静态方法:它的使用在上图已经有所体现。当一个线程调用它时,会使得该线程转入TIMED_WAITING一段时间。需要注意的是,它是一个静态方法。


写在最后:文中多次出现“中断”二字,关于该知识请关注博主的多线程之线程中断

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