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周伟 0f006e4e9b add
2022-05-11 18:57:05 +08:00

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<p id="tip" align="center"></p>
<div><h1>03 线程是如何在 6 种状态之间转换的？</h1>
<p>本课时我们主要学习线程是如何在 6 种状态之间转换的。</p>
<h6>线程的 6 种状态</h6>
<p>就像生物从出生到长大、最终死亡的过程一样，线程也有自己的生命周期，在 Java 中线程的生命周期中一共有 6 种状态。</p>
<ol>
<li>New（新创建）</li>
<li>Runnable（可运行）</li>
<li>Blocked（被阻塞）</li>
<li>Waiting（等待）</li>
<li>Timed Waiting（计时等待）</li>
<li>Terminated（被终止）</li>
</ol>
<p>如果想要确定线程当前的状态，可以通过 getState() 方法，并且线程在任何时刻只可能处于 1 种状态。</p>
<h6>New 新创建</h6>
<p>下面我们逐个介绍线程的 6 种状态，如图所示，首先来看下左上角的 New 状态。</p>
<p><img src="assets/Ciqc1F_QfyaAFXAQAAD1xkYN7RE683.png" alt="img" /></p>
<p>New 表示线程被创建但尚未启动的状态：当我们用 new Thread() 新建一个线程时，如果线程没有开始运行 start() 方法，所以也没有开始执行 run() 方法里面的代码，那么此时它的状态就是 New。而一旦线程调用了 start()，它的状态就会从 New 变成 Runnable，也就是状态转换图中中间的这个大方框里的内容。</p>
<h6>Runnable 可运行</h6>
<p><img src="assets/Ciqc1F_Qfy2ACkrLAAD2DLkc2qw212.png" alt="img" /></p>
<p>Java 中的 Runable 状态对应操作系统线程状态中的两种状态，分别是 Running 和 Ready，也就是说，Java 中处于 Runnable 状态的线程有可能正在执行，也有可能没有正在执行，正在等待被分配 CPU 资源。</p>
<p>所以，如果一个正在运行的线程是 Runnable 状态，当它运行到任务的一半时，执行该线程的 CPU 被调度去做其他事情，导致该线程暂时不运行，它的状态依然不变，还是 Runnable，因为它有可能随时被调度回来继续执行任务。</p>
<h6>阻塞状态</h6>
<p><img src="assets/Ciqc1F_QfzOAYoshAAD34kLRebs212.png" alt="img" /></p>
<p>接下来，我们来看下 Runnable 下面的三个方框，它们统称为阻塞状态，在 Java 中阻塞状态通常不仅仅是 Blocked，实际上它包括三种状态，分别是 Blocked(被阻塞）、Waiting(等待）、Timed Waiting(计时等待），这三 种状态统称为阻塞状态，下面我们来看看这三种状态具体是什么含义。</p>
<h6>Blocked 被阻塞</h6>
<p><img src="assets/CgqCHl_QfzmAT3mBAAD1O9cjB1Q393.png" alt="img" /></p>
<p>首先来看最简单的 Blocked，从箭头的流转方向可以看出，从 Runnable 状态进入 Blocked 状态只有一种可能，就是进入 synchronized 保护的代码时没有抢到 monitor 锁，无论是进入 synchronized 代码块，还是 synchronized 方法，都是一样。</p>
<p>我们再往右看，当处于 Blocked 的线程抢到 monitor 锁，就会从 Blocked 状态回到Runnable 状态。</p>
<h6>Waiting 等待</h6>
<p><img src="assets/Ciqc1F_Qfz6AROaIAAD0oNZDdx0700.png" alt="img" /></p>
<p>我们再看看 Waiting 状态，线程进入 Waiting 状态有三种可能性。</p>
<ol>
<li>没有设置 Timeout 参数的 Object.wait() 方法。</li>
<li>没有设置 Timeout 参数的 Thread.join() 方法。</li>
<li>LockSupport.park() 方法。</li>
</ol>
<p>刚才强调过，Blocked 仅仅针对 synchronized monitor 锁，可是在 Java 中还有很多其他的锁，比如 ReentrantLock，如果线程在获取这种锁时没有抢到该锁就会进入 Waiting 状态，因为本质上它执行了 LockSupport.park() 方法，所以会进入 Waiting 状态。同样，Object.wait() 和 Thread.join() 也会让线程进入 Waiting 状态。</p>
<p>Blocked 与 Waiting 的区别是 Blocked 在等待其他线程释放 monitor 锁，而 Waiting 则是在等待某个条件，比如 join 的线程执行完毕，或者是 notify()/notifyAll() 。</p>
<h6>Timed Waiting 限期等待</h6>
<p><img src="assets/CgqCHl_Qf0aASbDHAAD1VJbPv8c632.png" alt="img" /></p>
<p>在 Waiting 上面是 Timed Waiting 状态，这两个状态是非常相似的，区别仅在于有没有时间限制，Timed Waiting 会等待超时，由系统自动唤醒，或者在超时前被唤醒信号唤醒。</p>
<p>以下情况会让线程进入 Timed Waiting 状态。</p>
<ol>
<li>设置了时间参数的 Thread.sleep(long millis) 方法；</li>
<li>设置了时间参数的 Object.wait(long timeout) 方法；</li>
<li>设置了时间参数的 Thread.join(long millis) 方法；</li>
<li>设置了时间参数的 LockSupport.parkNanos(long nanos) 方法和 LockSupport.parkUntil(long deadline) 方法。</li>
</ol>
<p>讲完如何进入这三种状态，我们再来看下如何从这三种状态流转到下一个状态。</p>
<p><img src="assets/Ciqc1F_Qf02ALx3yAAD1Zwrli6c436.png" alt="img" /></p>
<p>想要从 Blocked 状态进入 Runnable 状态，要求线程获取 monitor 锁，而从 Waiting 状态流转到其他状态则比较特殊，因为首先 Waiting 是不限时的，也就是说无论过了多长时间它都不会主动恢复。</p>
<p><img src="assets/Ciqc1F_Qf1SABGoMAAD08byRpJo570.png" alt="img" /></p>
<p>只有当执行了 LockSupport.unpark()，或者 join 的线程运行结束，或者被中断时才可以进入 Runnable 状态。</p>
<p><img src="assets/Ciqc1F_Qf1qAWZ18AAD0WYzP5nY511.png" alt="img" /></p>
<p>如果其他线程调用 notify() 或 notifyAll()来唤醒它，它会直接进入 Blocked 状态，这是为什么呢？因为唤醒 Waiting 线程的线程如果调用 notify() 或 notifyAll()，要求必须首先持有该 monitor 锁，所以处于 Waiting 状态的线程被唤醒时拿不到该锁，就会进入 Blocked 状态，直到执行了 notify()/notifyAll() 的唤醒它的线程执行完毕并释放 monitor 锁，才可能轮到它去抢夺这把锁，如果它能抢到，就会从 Blocked 状态回到 Runnable 状态。</p>
<p><img src="assets/CgqCHl_Qf1-AWhOjAAD1EwUX7NE880.png" alt="img" /></p>
<p>同样在 Timed Waiting 中执行 notify() 和 notifyAll() 也是一样的道理，它们会先进入 Blocked 状态，然后抢夺锁成功后，再回到 Runnable 状态。</p>
<p><img src="assets/Ciqc1F_Qf2SAdJKAAAD1noNKR4M217.png" alt="img" /></p>
<p>当然对于 Timed Waiting 而言，如果它的超时时间到了且能直接获取到锁/join的线程运行结束/被中断/调用了LockSupport.unpark()，会直接恢复到 Runnable 状态，而无需经历 Blocked 状态。</p>
<h6>Terminated 终止</h6>
<p><img src="assets/CgqCHl_Qf2qAPdCTAAD1YUKiI1s598.png" alt="img" /></p>
<p>再来看看最后一种状态，Terminated 终止状态，要想进入这个状态有两种可能。</p>
<ul>
<li>run() 方法执行完毕，线程正常退出。</li>
<li>出现一个没有捕获的异常，终止了 run() 方法，最终导致意外终止。</li>
</ul>
<h6>注意点</h6>
<p>最后我们再看线程转换的两个注意点。</p>
<ol>
<li>线程的状态是需要按照箭头方向来走的，比如线程从 New 状态是不可以直接进入 Blocked 状态的，它需要先经历 Runnable 状态。</li>
<li>线程生命周期不可逆：一旦进入 Runnable 状态就不能回到 New 状态；一旦被终止就不可能再有任何状态的变化。所以一个线程只能有一次 New 和 Terminated 状态，只有处于中间状态才可以相互转换。</li>
</ol>
</div>
</div>
<div>
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