17、Java并发 – Java Thread 生命周期
- 01、Java并发 – Java ExecutorService
- 02、Java并发 – Java Fork/Join
- 03、Java并发 – Java 线程池 ( Thread Pool ) (上)
- 04、Java并发 – Java 线程池之 ThreadPoolExecutor
- 05、Java并发 – ScheduledThreadPoolExecutor
- 06、Java并发 – Java ForkJoinPool
- 07、Java并发 – Java Google Guava 实现
- 08、Java并发 – Java CompletableFuture ( 上 )
- 09、Java并发 – Java CompletableFuture ( 下 )
- 10、Java并发 – Java 并发编程面试题
- 11、Java并发 – Java CountDownLatch
- 12、Java并发 – Java BlockingQueue
- 13、Java并发 – Java java.util.concurrent.Locks
- 14、Java并发 – Java 守护线程 ( Daemon Thread )
- 15、Java并发 – Java java.util.concurrent.Future
- 16、Java并发 – Java ThreadLocalRandom
- 17、Java并发 – Java Thread 生命周期
- 18、Java并发 – Java 之 Runnable 还是 Thread ?
- 19、Java并发 – Java wait() 和 notify() 方法
本文中,我想详细的讨论下 Java 中的核心概念 – 线程的生命周期。我会使用一张我自制的图片加上实用的代码片段,一步一步的详细剖析线程的各个状态和各个状态之间如何转换。
一、Java 中的多线程
Java 语言中, 多线程是由 Thread 的核心概念驱动的。因为多线程中的每一个线程都相互独立,有着自己的生命周期和状态转换。
我们先来看一张草图,这图描述了 Java 线程的各种状态和转换过程。
是不是很杂乱无章? 看不懂没关系,我们接下来会详细介绍各个状态。
二、Java 线程中的生命周期
Java 中,每一个线程都是 java.lang.Thread
类的实例。而且,Java 个线程生命周期中的各个状态都定义在 Thread
类的一个静态的 State
枚举中。
State
枚举定义了线程的所有潜在状态。总共有 6 个,分别对应者上图中的 6 个绿色背景的矩形和椭圆型。
NEW
: 新创建的,且未调用start()
方法开始执行的线程。RUNNABLE
: 已经在运行中的线程或正在等待资源分配的准备运行的线程。BLOCKED
: 等待获取进入或重新进入同步块或方法的监视器锁的线程。WAITING
: 等待其他一些线程执行特定操作,没有任何时间限制。TIMED_WAITING
: 等待某个其他线程在指定时间段内执行特定操作TERMINATED
: 线程完成了它的任务。
需要注意的是: 在任何给定的时间点,线程只能处于这些状态之一 。
NEW
状态,应该很好理解,比如,车,厂家生产出来,只要还没被卖出过,那么它就是新的 ( NEW )RUNNABLE
只要线程不出于其它状态,它就是 RUNNABLE 状态。怎么理解呢? 车买来了,只要它没坏没出什么毛病没借给别人,那么它就出于可开状态,不管是呆在家里吃灰还是已经在上路运行。WAITING
: 无时间显示的等待其它线程完成任务时就处于这个状态,怎么理解呢?比如长假告诉公路大堵车,要等待别人前进了几个蜗牛步我们才能往前几个蜗牛步,有时候一等就是昏天暗地,可能长达几天,也可能,一辈子吧。TIMED_WAITING
: 一直处于WAITING
总不是办法,所以可能会设置一个超时时间,如果过了时间,就不等待了。同样的,如果可以后退,那么我们在堵车的时候可能会等待那么十几分钟,发现确实走不了,就等了呗。TERMINATED
: 当一个线程结束了它的任务(可能完成了,也可能没完成)就会处于这个状态。如果拿车做比喻,那么当车彻底报废,已经再也不能上路了,就处于这个状态。
其实拿车作比喻感觉有点怪,我觉得拿追女朋友来做比喻比较恰当些。
三、NEW 状态
NEW 状态的线程(或已经创建的新线程)是已创建但尚未启动的线程。线程会一直保持这个 NEW
状态,直到在该线程上调用了 start()
方法启动它。
下面的代码,我们创建了一个 NEW
状态的线程
Runnable runnable = new NewState();
Thread t = new Thread(runnable);
Log.info(t.getState());
由于我们没有启动线程,因此 t.getState()
方法将打印输出
NEW
四、RUNNABLE 状态
当在一个 NEW
状态的线程上调用 start()
方法时,该线程的状态会从 NEW
转换为 RUNNABLE
。处于该状态的线程要么是已经在运行中,那么是在处于正在等待系统的资源分配(准备运行)。
在多线程环境中,线程调度器 ( Thread-Scheduler,它是 JVM 的一部分)会为每个线程分配固定的时间。线程并不是一直都在执行的,调度器会把暂时空闲的线程的 CPU ( 还是在 RUNNABLE 状态 )让出来,让其它需要的线程去运行。因此它会运行一段特定的时间,然后将控制权放弃给其他 RUNNABLE 线程。
注意: 这里的等待资源,不是等待其它线程,而是等待 CPU 排队。打个比方,新车上路。要等待的是有没有路,如果没有路,就开不了,这是本质的问题。
例如,让我们将 t.start()
方法添加到我们之前的代码中并尝试访问其当前状态
Runnable runnable = new NewState();
Thread t = new Thread(runnable);
t.start();
Log.info(t.getState());
此代码最有可能返回输出
RUNNABLE
为什么说是最有可能呢?如果是一个空转线程,除了 CPU 不需要其它资源,那么很大概率就是 RUNNABLE
,但如果需要其它资源,可能会因为竞争资源而处于其它状态。还有一种情况,可能还没运行到 t.getState()
,线程任务就执行完毕了,那么也不会是 RUNNABLE
状态。
五、BLOCKED 状态
当一个线程当前没有资格运行时,它处于 BLOCKED
状态。如果线程在尝试访问由某个其他线程锁定的代码段时,那它会因为需要等待获取监视器锁进入此状态。
我们使用一小段代码来重现下这个状态
public class BlockedState {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(new DemoThreadB());
Thread t2 = new Thread(new DemoThreadB());
t1.start();
t2.start();
Thread.sleep(1000);
Log.info(t2.getState());
System.exit(0);
}
}
class DemoThreadB implements Runnable {
@Override
public void run() {
commonResource();
}
public static synchronized void commonResource() {
while(true) {
// Infinite loop to mimic heavy processing
// 't1' won't leave this method
// when 't2' try to enters this
}
}
}
在上面这段代码中
- 我们创建了两个不同的线程–
t1
和t2
。 t1
启动后就进入了同步的commonResource()
方法,同步方法意味着一次只能有一个线程可以访问它。尝试访问此方法的所有其他后续线程将被阻止进一步执行,直到当前线程完成处理。- 当 t1 进入这个方法时,它保持了无限循环,这只是为了模仿繁重的处理,以便所有其他线程都无法进入此方法。
- 接着我们开启
t2
,它尝试输入已经被t1
访问的commonResource()
方法,这时,因为commonResource()
被 t1 锁定,所以 t2 将保持在BLOCKED
状态
在这个状态上,当我们使用 t.getState()
时将输出
BLOCKED
六、WAITTING 状态
线程在等待某个其他线程执行特定操作时处于 WAITING
状态。根据 Oracle 官方文档,任何线程都可以通过调用以下三种方法中的任何一种来进入此状态:
object.wait()
thread.join()
LockSupport.park()
请注意,我们没有为 wait()
和 join()
定义任何超时时间,因为下一节将介绍该方案。
我们以后会写一个单独的教程,详细讨论了 wait()
、notify()
和 notifyAll()
的使用。
下面,我们写一段代码尝试重现这种状态
public class WaitingState implements Runnable {
public static Thread t1;
public static void main(String[] args) {
t1 = new Thread(new WaitingState());
t1.start();
}
public void run() {
Thread t2 = new Thread(new DemoThreadWS());
t2.start();
try {
t2.join();
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
Log.error("Thread interrupted", e);
}
}
}
class DemoThreadWS implements Runnable {
public void run() {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
Log.error("Thread interrupted", e);
}
Log.info(WaitingState.t1.getState());
}
}
我们来讨论一下上面的代码做的事情
- 首先,我们创建并启动了
t1
- 其次,
t1
创建了t2
并启动它 - 当
t2
的处理继续时,我们调用t2.join()
,这使t1
处于WAITING
状态,直到t2
完成执行 - 由于 t1 正在等待 t2 完成,我们从 t2 调用
t1.getState()
输出结果一般为
WAITING
请留意在哪里调用 t1.getState()
。
所以,WAITING
和 BLOCKED
两个状态的区别是什么?
BLOCKED
是因为线程竞争不到资源而处于 BLOCKED 状态。这个是被动的。因为别无选择。WAITING
是因为线程主动等待别人完成而处于 WAITING 状态。这个是主动的。因为它可以不调用那三个方法,不用等待其它人完成。它可以选择挥一挥衣袖,不不带走一片云彩
七、TIMED_WAITING 状态
线程在等待另一个线程在规定的时间内执行特定操作时处于 TIMED_WAITING
状态。根据 Java Docs 文档,有五种方法可以将线程置于TIMED_WAITING 状态:
thread.sleep(long millis)
wait(int timeout) or wait(int timeout, int nanos)
thread.join(long millis)
LockSupport.parkNanos
LockSupport.parkUntil
下面,我们写一段代码尝试重现这种状态
public class TimedWaitingState {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
DemoThread obj1 = new DemoThread();
Thread t1 = new Thread(obj1);
t1.start();
// The following sleep will give enough time for ThreadScheduler
// to start processing of thread t1
Thread.sleep(1000);
Log.info(t1.getState());
}
}
class DemoThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
Log.error("Thread interrupted", e);
}
}
}
整体代码和 WAITING
状态的差不多,我们创建并启动了一个线程 t1
,并它进入睡眠状态,超时时间为 5
秒。
输出结果为
TIMED_WAITING
八、TERMINATED 状态
这是一个 「 已死 」 线程的状态。当一个线程已经完成执行或异常终止时,它处于 TERMINATED
状态。我们在 怎么关闭一个 Java 线程 ( Thread ) ? 一文中讨论过杀死线程的不同方法。
这个状态没什么好讨论的,我们写一段代码尝试重现这种状态
public class TerminatedState implements Runnable {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(new TerminatedState());
t1.start();
// The following sleep method will give enough time for
// thread t1 to complete
Thread.sleep(1000);
Log.info(t1.getState());
}
@Override
public void run() {
// No processing in this block
}
}
上面这段代码中,我们启动线程 t1
时,下一个语句 Thread.sleep(1000)
为 t1 提供了足够的时间来完成。
因此,上面这个示例输出结果为
TERMINATED
九、后记
在本教程中,我们了解了 Java 中线程的生命周期。我们详细介绍了 Thread.State
枚举定义的所有七个状态,并使用一些示例来演示他们。
虽然代码片段几乎可以在每台机器上提供相同的输出,但在某些特殊情况下,我们可能会得到一些不同的输出,因为线程调度程序的确切行为无法确定。
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