java併發編程-線程生命週期

線程生命週期

現代操作系統在運行一個程序時，會爲其創建一個進程。例如，啓動一個Java程序，操作系統就會創建一個Java進程。現代操作系統調度的最小單元是線程，也叫輕量級進程（Light Weight Process），在一個進程裏可以創建多個線程，這些線程都擁有各自的計數器、堆棧和局部變量等屬性，並且能夠訪問共享的內存變量。處理器在這些線程上高速切換，讓使用者感覺到這些線程在同時執行。

CPU再切換線程是會導致線程存在各種狀態，線程從創建到死亡其中存在不同的生命狀態；本文將對線程生命週期進行全面的介紹。

 

Java線程的狀態可以從java.lang.Thread的內部枚舉類java.lang.Thread$State得知：

public enum State {
      
    NEW,

    RUNNABLE,

    BLOCKED,

    WAITING,

    TIMED_WAITING,

    TERMINATED;
}

 

當線程被創建並啓動以後，它既不是一啓動就進入了執行狀態，也不是一直處於執行狀態。在線程的生命週期中，它要經過 新建（New）、就緒（Runnable）、運行（Running）、阻塞（Blocked、WATING、TIMED_WATING）和死亡（Dead）5種狀態。尤其是當線程啓動以後，它不可能一直"霸佔"着CPU獨自運行，所以CPU需要在多條線程之間切換，於是 線程狀態也會多次在運行、阻塞之間切換。

• 新建狀態（New）

  API註釋： 

  /**
   * Thread state for a thread which has not yet started. 
   * 線程實例尚未啓動時候的線程狀態
   */
  NEW,

  當線程對象創建後，即進入新建狀態，如：Thread t = new MyThread();

• 就緒狀態（Runnable）

  API註釋：

  /**
   * 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,
  
  可運行狀態下線程的線程狀態。可運行狀態下的線程在Java虛擬機中執行，但它可能執行等待操作系統的其他資源，例如處理器。

  當調用線程對象的start()方法時，線程即進入就緒狀態。處於就緒狀態的線程只是說明此線程已經做好準備，隨時等待CPU調度執行，並不是說執行了start()方法就立即執行。

  當Java線程實例調用了Thread#start()之後，就會進入RUNNABLE狀態。RUNNABLE狀態可以認爲包含兩個子狀態：READY和RUNNING。

  • READY：該狀態的線程可以被線程調度器進行調度使之更變爲RUNNING狀態。
  • RUNNING：該狀態表示線程正在運行，線程對象的run()方法中的代碼所對應的的指令正在被CPU執行。
  • 當Java線程實例Thread#yield()方法被調用時或者由於線程調度器的調度，線程實例的狀態有可能由RUNNING轉變爲READY，但是從線程狀態Thread#getState()獲取到的狀態依然是RUNNABLE。例如：

  • public class ThreadState1 {
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            Thread thread = new Thread(()-> {
                while (true){
                    Thread.yield();
                }
            });
            thread.start();
            Thread.sleep(2000);
            System.out.println(thread.getState());
        }
    }
    // 輸出結果
    RUNNABLE

     

• 運行狀態（Running）

  當CPU開始調度處於就緒狀態的線程時，此時線程才得以真正執行，即進入到運行狀態。

• WATING狀態

         WAITING是無限期的等待狀態，這種狀態下的線程不會被分配CPU執行時間。當一個線程執行了某些方法之後就會進入無限期等待狀態，直到被顯式喚醒，被喚醒後，線程狀態由WAITING更變爲RUNNABLE然後繼續執行。

• TIMED WATING狀態

         TIMED WAITING就是有限期等待狀態，它和WAITING有點相似，這種狀態下的線程不會被分配CPU執行時間，不過這種狀態下的線程不需要被顯式喚醒，只需要等待超時限期到達就會被VM喚醒，有點類似於現實生活中的鬧鐘。

 

• 阻塞狀態（Blocked）

處於運行狀態中的線程由於某種原因，暫時放棄對CPU的使用權，停止執行，此時進入阻塞狀態，直到其進入到就緒狀態，纔有機會再次被CPU調用以進入到運行狀態。

阻塞狀態分類

1. 等待阻塞：運行狀態中的線程執行wait()方法，使本線程進入到等待阻塞狀態；
2. 同步阻塞：線程在獲取synchronized同步鎖失敗（因爲鎖被其它線程佔用），它會進入到同步阻塞狀態；
3. 其他阻塞：通過調用線程的sleep()或join()或發出I/O請求時，線程會進入到阻塞狀態。當sleep()狀態超時、join()等待線程終止或者超時、或者I/O處理完畢時，線程重新轉入就緒狀態。

• 死亡狀態

  線程執行完畢或者是異常退出，該線程結束生命週期。

線程相關方法
 

public class Thread{
    // 線程的啓動
    public void start(); 
    // 線程體
    public void run(); 
    // 已廢棄
    public void stop(); 
    // 已廢棄
    public void resume(); 
    // 已廢棄
    public void suspend(); 
    // 在指定的毫秒數內讓當前正在執行的線程休眠
    public static void sleep(long millis); 
    // 同上，增加了納秒參數
    public static void sleep(long millis, int nanos); 
    // 測試線程是否處於活動狀態
    public boolean isAlive(); 
    // 中斷線程 - 進入阻塞狀態
    public void interrupt(); 
    // 測試線程是否已經中斷
    public boolean isInterrupted(); 
    // 測試當前線程是否已經中斷
    public static boolean interrupted(); 
    // 等待該線程終止
    public void join() throws InterruptedException; 
    // 等待該線程終止的時間最長爲 millis 毫秒
    public void join(long millis) throws InterruptedException; 
    // 等待該線程終止的時間最長爲 millis 毫秒 + nanos 納秒
    public void join(long millis, int nanos) throws InterruptedException; 
}