9、线程生命周期

一、通用的线程生命周期

五态:初始状态、可运行状态、休眠状态、运行状态、终止状态。

通用线程转换图

初始状态,指的是线程已经被创建,但是还不允许分配 CPU 执行。这里所谓的被创建,仅仅是在编程语言层面被创建,而在操作系统层面,真正的线程还没有创建。

可运行状态,指的是线程可以分配 CPU 执行。真正的操作系统线程已经被成功创建了,所以可以分配 CPU 执行。

运行状态 ,当有空闲的 CPU 时,操作系统会将其分配给一个处于可运行状态的线程,被分配到 CPU 的线程的状态就转换成了运行状态。

休眠状态 ,运行状态的线程如果调用一个阻塞的 API(例如以阻塞方式读文件)或者等待某个事件(例如条件变量),那么线程的状态就会转换到休眠状态,同时释放 CPU 使用权,休眠状态的线程永远没有机会获得 CPU 使用权。当等待的事件出现了,线程就会从休眠状态转换到可运行状态。

终止状态 ,线程执行完或者出现异常就会进入终止状态,终止状态的线程不会切换到其他任何状态 。

二、java 中的线程生命周期

1、java 语言的线程状态有六种:

1. NEW —— 初始化状态

2. RUNNABLE —— 可运行状态/运行状态

3. BLOCKED —— 阻塞状态

4. TERMINATED —— 终止状态

5. WAITING —— 无时限等待状态

6. TIMED_WAITING —— 有时限等待状态

操作系统层面,Java 线程中的 BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING 是一种状态,即前面我们提到的休眠状态。


java 线程状态转换图

三、状态转换

1. 从NEW ——> RUNNABLE 状态

创建线程的两种方法:

> 继承Thread 对象,重写run() 方法

> 实现Runnable 接口,重写run() 方法,并将该实现类作为创建Thread 对象的参数

// 自定义线程对象

class MyThread extends Thread {

    public void run() {

    // 线程需要执行的代码 ......

    }

}

// 创建线程对象

MyThread myThread = new MyThread();


// 实现Runnable接口

class Runner implements Runnable {

  @Override

  public void run() {

        // 线程需要执行的代码

        ......

  }

}

// 创建线程对象

Thread thread = new Thread(new Runner());



2. 从RUNNABLE 状态 ——>  休眠状态

> 到BLOCKED 状态转换 (只有一种情况!!!)

synchronized 修饰的方法、代码块同一时刻只允许一个线程执行,其他线程只能等待,这种情况下,等待的线程就会从 RUNNABLE 转换到 BLOCKED 状态。 而当等待的线程获得 synchronized 隐式锁时,就又会从 BLOCKED 转换到 RUNNABLE 状态。

线程调用阻塞式 API 时,是否会转换到 BLOCKED 状态呢?在操作系统层面,线程是会转换到休眠状态的,但是在 JVM 层面,Java 线程的状态不会发生变化,也就是说 Java 线程的状态会依然保持 RUNNABLE 状态。 JVM 层面并不关心操作系统调度相关的状态,因为在 JVM 看来,等待 CPU 使用权(操作系统层面此时处于可执行状态)与等待 I/O(操作系统层面此时处于休眠状态)没有区别,都是在等待某个资源,所以都归入了 RUNNABLE 状态。

平时所谓的 Java 在调用阻塞式 API 时,线程会阻塞,指的是操作系统线程的状态,并不是 Java 线程的状态。

> 到WAITING 状态转换

有三种场景会触发这种转换:

第一:获得 synchronized 隐式锁的线程,调用无参数的 Object.wait() 方法。

第二: 调用无参数的 Thread.join() 方法。当调用 A.join() 的时候,执行这条语句的线程会等待 thread A 执行完,而等待中的这个线程,其状态会从 RUNNABLE 转换到 WAITING。当线程 thread A 执行完,原来等待它的线程又会从 WAITING 状态转换到 RUNNABLE。

第三: 调用 LockSupport.park() 方法。其中的 LockSupport 对象,也许你有点陌生,其实 Java 并发包中的锁,都是基于它实现的。调用 LockSupport.park() 方法,当前线程会阻塞,线程的状态会从 RUNNABLE 转换到 WAITING。调用 LockSupport.unpark(Thread thread) 可唤醒目标线程,目标线程的状态又会从 WAITING 状态转换到 RUNNABLE。

> 到TIMED_WAITING 状态转换

有五种场景会触发这种转换:

1>  调用带超时参数的 Thread.sleep(long millis) 方法;

2>  获得 synchronized 隐式锁的线程,调用带超时参数的 Object.wait(long timeout) 方法;

3>  调用带超时参数的 Thread.join(long millis) 方法;

4> 调用带超时参数的 LockSupport.parkNanos(Object blocker, long deadline) 方法;

5> 调用带超时参数的 LockSupport.parkUntil(long deadline) 方法。

TIMED_WAITING 和 WAITING 状态的区别,仅仅是触发条件多了超时参数。

3.  从 RUNNABLE 到 TERMINATED 状态

线程执行完 run() 方法后,会自动转换到 TERMINATED 状态,当然如果执行 run() 方法的时候异常抛出,也会导致线程终止。 有时候我们需要强制中断 run() 方法的执行,如 run() 方法访问一个很慢的网络。 Java 的 Thread 类里面倒是有个 stop() 方法,不过已经标记为 @Deprecated,所以不建议使用了。正确的姿势其实是调用 interrupt() 方法。

stop() 和interrupt() 方法的区别?

stop() 方法会真的杀死线程,不给线程喘息的机会,如果线程持有 ReentrantLock 锁,被 stop() 的线程并不会自动调用 ReentrantLock 的 unlock() 去释放锁,那其他线程就再也没机会获得 ReentrantLock 锁 ,类似的方法还有 suspend()resume() 方法。 

interrupt() 方法仅仅是通知线程,线程有机会执行一些后续操作,同时也可以无视这个通知。

当线程 A 处于 WAITING、TIMED_WAITING 状态时,如果其他线程调用线程 A 的 interrupt() 方法,会使线程 A 返回到 RUNNABLE 状态,同时线程 A 的代码会触发 InterruptedException 异常。上面我们提到转换到 WAITING、TIMED_WAITING 状态的触发条件,都是调用了类似 wait()、join()、sleep() 这样的方法,我们看这些方法的签名,发现都会 throws InterruptedException 这个异常。这个异常的触发条件就是:其他线程调用了该线程的 interrupt() 方法。

当线程 A 处于 RUNNABLE 状态时,并且阻塞在 java.nio.channels.InterruptibleChannel 上时,如果其他线程调用线程 A 的 interrupt() 方法,线程 A 会触发 java.nio.channels.ClosedByInterruptException 这个异常;而阻塞在 java.nio.channels.Selector 上时,如果其他线程调用线程 A 的 interrupt() 方法,线程 A 的 java.nio.channels.Selector 会立即返回。

上面这两种情况属于被中断的线程通过异常的方式获得了通知。还有一种是主动检测,如果线程处于 RUNNABLE 状态,并且没有阻塞在某个 I/O 操作上,例如中断计算圆周率的线程 A,这时就得依赖线程 A 主动检测中断状态了。如果其他线程调用线程 A 的 interrupt() 方法,那么线程 A 可以通过 isInterrupted() 方法,检测是不是自己被中断了。 



可以通过 jstack 命令或者Java VisualVM这个可视化工具将 JVM 所有的线程栈信息导出来,完整的线程栈信息不仅包括线程的当前状态、调用栈,还包括了锁的信息。

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