JAVA并发梳理(二)线程的状态转换

关于线程状态之间的转换了不少东西,也看了一些源码,每次看都是一遍加深理解的过程。今天再理一遍。
先借用别人的一张图。(觉得有点不够全面,回头把自己的补上来。)


线程间状态转换

Enum Thread.State

补充说明之前先贴上Enum Thread.State的定义。保留了源码注释,以方便查看。为什么要从这里说起?是因为我们平时说到线程状态的时候,总是会说阻塞,而有时候说的阻塞其实是等待,总是傻傻分不清楚。(或者是和操作系统中进程状态混在一起。)而通过jstack去查看的时候看到的线程状态都是Tread.State.WAITING等。因此还是有必要对照着真正的State来看,加深理解。

public enum State {
        /**
         * Thread state for a thread which has not yet started.
         */
        NEW,

        /**
         * Thread state for a runnable thread.  A thread in the runnable
         * state is executing in the Java virtual machine but it may
         * be waiting for other resources from the operating system
         * such as processor.
         */
        RUNNABLE,

        /**
         * Thread state for a thread blocked waiting for a monitor lock.
         * A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock
         * to enter a synchronized block/method or
         * reenter a synchronized block/method after calling
         * {@link Object#wait() Object.wait}.
         */
        BLOCKED,

        /**
         * Thread state for a waiting thread.
         * A thread is in the waiting state due to calling one of the
         * following methods:
         * <ul>
         *   <li>{@link Object#wait() Object.wait} with no timeout</li>
         *   <li>{@link #join() Thread.join} with no timeout</li>
         *   <li>{@link LockSupport#park() LockSupport.park}</li>
         * </ul>
         *
         * <p>A thread in the waiting state is waiting for another thread to
         * perform a particular action.
         *
         * For example, a thread that has called <tt>Object.wait()</tt>
         * on an object is waiting for another thread to call
         * <tt>Object.notify()</tt> or <tt>Object.notifyAll()</tt> on
         * that object. A thread that has called <tt>Thread.join()</tt>
         * is waiting for a specified thread to terminate.
         */
        WAITING,

        /**
         * Thread state for a waiting thread with a specified waiting time.
         * A thread is in the timed waiting state due to calling one of
         * the following methods with a specified positive waiting time:
         * <ul>
         *   <li>{@link #sleep Thread.sleep}</li>
         *   <li>{@link Object#wait(long) Object.wait} with timeout</li>
         *   <li>{@link #join(long) Thread.join} with timeout</li>
         *   <li>{@link LockSupport#parkNanos LockSupport.parkNanos}</li>
         *   <li>{@link LockSupport#parkUntil LockSupport.parkUntil}</li>
         * </ul>
         */
        TIMED_WAITING,

        /**
         * Thread state for a terminated thread.
         * The thread has completed execution.
         */
        TERMINATED;
    }

线程状态转换

接下来解释下文中最开始的图。

  1. 新建(NEW):新创建了一个线程对象。(三种方式:继承Thread; 实现Runnable;实现Callable
  2. 可运行(RUNNABLE):线程对象创建后,其他线程(比如main线程)调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中,等待被线程调度选中,获取CPU的使用权。运行中(RUNNING)的线程在时间片用完,或者主动调用yield()放弃当前时间片的情况下也会转入可运行(RUNNABLE)状态。
  3. 运行中(注意State中是没有这么一个状态的,我们权且称这个动态的状态为RUNNING):可运行状态(RUNNABLE)的线程获得了CPU时间片(timeslice),执行程序代码。
  4. 等待(WAITING):从运行中到等待的几种可能性:
  • 等待用户输入
  • Thread.sleep
  • LockSupport.park 参考JAVA并发梳理(一)LockSupport
  • t2.join() 原理其实上,在t2线程对象上调用了wait方法。且join(int)Synchronized。这也呼应了两点:(1)调用waitnotify的时候一定是要在得到了对象锁的前提下; (2)wait的时候会释放锁,否则别的线程怎么拿到锁来notify呢:)。看源码:
public final void join() throws InterruptedException {
        join(0);
    }
public final synchronized void join(long millis)
    throws InterruptedException {
        long base = System.currentTimeMillis();
        long now = 0;

        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
        }

        if (millis == 0) {
            while (isAlive()) {
                wait(0);
            }
        } else {
            while (isAlive()) {
                long delay = millis - now;
                if (delay <= 0) {
                    break;
                }
                wait(delay);
                now = System.currentTimeMillis() - base;
            }
        }
    }

4I. 限时等待(TIMED_WAITING)同上,只不过加了时限。

  1. 阻塞(BLOCKED):运行(RUNNING)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。经历过wait,被notify之后的线程也要进入阻塞状态重新请求锁。
  2. 终止(TERMINATED):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。

补充:

  1. 如果wait(int) timeout之后,没有拿到锁之前,会进入BLOCKED状态。
  2. 在同步块中,notify()之后,只有在同步块结束的时候才会释放锁。在此之前,那个wait之后被notify的线程还是BLOCKED。

写了一段代码验证。采用ThreadMXBean来定时Dump线程状态。

public class MTTest {
    public static void main(String[] args) {
        final ThreadMXBean mxBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
        final Object obj = new Object();

        final Thread t1 = new Thread(new Runnable(){
            @Override
            public void run() {
                synchronized (obj) {
                    try {
                        Thread.sleep(10000);
                        obj.wait(10000);
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is done.");
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                }
            }
        });
        t1.start();

        final Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (obj) {
                    try {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is sleeping ...");
                        Thread.sleep(10000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                    obj.notify();
                    try {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is sleeping again ...");
                        Thread.sleep(10000);
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is done.");
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                }
            }
        });
        t2.start();

        ScheduledExecutorService es = Executors.newScheduledThreadPool(1);
        es.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.print(mxBean.getThreadInfo(t1.getId(), 4));
                System.out.print(mxBean.getThreadInfo(t2.getId(), 4));
            }
        }, 0, 5000, TimeUnit.MILLISECONDS);
    }
}

看结果:

"Thread-0" Id=11 TIMED_WAITING
    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
    at com.company.multithread.MTTest$1.run(MTTest.java:22)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

"Thread-1" Id=12 BLOCKED on java.lang.Object@69471e3d owned by "Thread-0" Id=11
    at com.company.multithread.MTTest$2.run(MTTest.java:37)
    -  blocked on java.lang.Object@69471e3d
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

"Thread-0" Id=11 TIMED_WAITING
    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
    at com.company.multithread.MTTest$1.run(MTTest.java:22)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

"Thread-1" Id=12 BLOCKED on java.lang.Object@69471e3d owned by "Thread-0" Id=11
    at com.company.multithread.MTTest$2.run(MTTest.java:37)
    -  blocked on java.lang.Object@69471e3d
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

"Thread-0" Id=11 TIMED_WAITING on java.lang.Object@69471e3d owned by "Thread-1" Id=12
    at java.lang.Object.wait(Native Method)
    -  waiting on java.lang.Object@69471e3d
    at com.company.multithread.MTTest$1.run(MTTest.java:23)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

Thread-1 is sleeping ...
"Thread-1" Id=12 RUNNABLE
    at java.nio.Buffer.position(Buffer.java:246)
    at sun.nio.cs.UTF_8.updatePositions(UTF_8.java:77)
    at sun.nio.cs.UTF_8.access$200(UTF_8.java:57)
    at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeArrayLoop(UTF_8.java:636)

"Thread-0" Id=11 TIMED_WAITING on java.lang.Object@69471e3d owned by "Thread-1" Id=12
    at java.lang.Object.wait(Native Method)
    -  waiting on java.lang.Object@69471e3d
    at com.company.multithread.MTTest$1.run(MTTest.java:23)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

"Thread-1" Id=12 TIMED_WAITING
    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
    at com.company.multithread.MTTest$2.run(MTTest.java:38)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

"Thread-0" Id=11 TIMED_WAITING on java.lang.Object@69471e3d owned by "Thread-1" Id=12
    at java.lang.Object.wait(Native Method)
    -  waiting on java.lang.Object@69471e3d
    at com.company.multithread.MTTest$1.run(MTTest.java:23)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

"Thread-1" Id=12 TIMED_WAITING
    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
    at com.company.multithread.MTTest$2.run(MTTest.java:38)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

Thread-1 is sleeping again ...
"Thread-0" Id=11 BLOCKED on java.lang.Object@69471e3d owned by "Thread-1" Id=12
    at java.lang.Object.wait(Native Method)
    -  blocked on java.lang.Object@69471e3d
    at com.company.multithread.MTTest$1.run(MTTest.java:23)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

"Thread-1" Id=12 TIMED_WAITING
    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
    at com.company.multithread.MTTest$2.run(MTTest.java:44)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

"Thread-0" Id=11 BLOCKED on java.lang.Object@69471e3d owned by "Thread-1" Id=12
    at java.lang.Object.wait(Native Method)
    -  blocked on java.lang.Object@69471e3d
    at com.company.multithread.MTTest$1.run(MTTest.java:23)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

"Thread-1" Id=12 TIMED_WAITING
    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
    at com.company.multithread.MTTest$2.run(MTTest.java:44)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

Thread-1 is done.
Thread-0 is done.

以上均为自己现阶段对线程状态转换的理解,欢迎交流指正。

以下内容从同事那里贴来,两点比较。

Thread.yield() 方法 VS Thread.sleep() 方法

参数

  • Thread.yield() 方法没有参数
  • Thread.sleep() 方法需要参数 毫秒,例如 1000,表示阻塞 1000 毫秒后进入 Ready 状态

线程状态的转变

  • Thread.yield() 方法会导致当前线程从执行状态转变为 RUNNABLE
  • Thread.sleep() 方法会导致当前线程从执行状态转变为 WAITING

是否会抛出异常

  • Thread.yield() 方法不会抛出异常
  • Thread.sleep() 方法会抛出异常,因此需要 try - catch

线程调度:

  • Thread.yield() 只会使得 相同或者更高优先级的其他线程进入运行状态
  • Thread.sleep() 方法不考虑优先级,任何的其他线程都可能会进入运行状态

Thread.sleep() 方法 VS obj.wait() 方法

参数

  • Thread.sleep() 方法需要参数 毫秒,例如 1000,表示阻塞 1000 毫秒后进入 Ready 状态
  • obj.wait() 方法可以不带参数,也可以带参数
    带参数毫秒,例如 1000,表示 在 Waiting Pool 状态中等待 1000 毫秒后进入 Waiting for monitor entry 状态
    不带参数,表示 在 Waiting Pool 状态中永久等待,直至其他线程中调用 obj.notify() 或者 obj.notifyAll(),随后进入 Waiting for monitor entry 状态

所在类

  • Thread.sleep() 方法在 Thread 类中,属于静态方法
  • obj.wait() 方法在 Object 类中,任何一个对象都可以调用 wait()

目的

  • Thread.sleep() 方法用于线程控制自身流程
  • obj.wait() 方法用于线程间通信

线程状态的转变

  • Thread.sleep() 方法会导致当前线程从执行状态转变为WAITING
  • obj.wait() 方法会导致当前线程从执行状态转变为Waiting Pool 状态(WAITING)

  • Thread.sleep() 方法不会释放锁
  • obj.wait() 方法会释放锁

引用
Java多线程学习(四)等待/通知(wait/notify)机制
Java 线程状态切换图 join,yield,sleep,wait

最后编辑于
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