Java多线程系列--线程间的状态转换

前言

Java中的线程的生命周期大体可分为5种状态。具体是哪5种呢,让我们来一起了解一下。


叙述

首先我们通过一张图来看一下Java中线程的生命周期。
在这里插入图片描述

线程状态

新建状态(New)

新创建了一个线程对象,但还没有调用start()方法。如:Thread t = new MyThread();

就绪状态(Runnable)

当调用线程对象的start()方法(t.start();),线程即进入就绪(等待)状态。处于就绪状态的线程,只是说明此线程已经做好了准备,随时等待CPU调度执行,并不是说执行了t.start()此线程立即就会执行;

处于就绪状态的线程并不一定立即运行run()方法,线程还必须同其他线程竞争CPU时间,只有获得CPU时间才可以运行线程。因为在单CPU的计算机系统中,不可能同时运行多个线程,一个时刻仅有一个线程处于运行状态。因此此时可能有多个线程处于就绪状态。对多个处于就绪状态的线程是由Java运行时系统的线程调度程序(thread scheduler)来调度的。

运行状态(Running)

当CPU开始调度处于就绪状态的线程时,此时线程才得以真正执行,即进入到运行状态。注:就 绪状态是进入到运行状态的唯一入口,也就是说,线程要想进入运行状态执行,首先必须处于就绪状态中;

阻塞状态(Blocked)

处于运行状态中的线程由于某种原因,暂时放弃对CPU的使用权,停止执行,此时进入阻塞状态,直到其进入到就绪状态,才 有机会再次被CPU调用以进入到运行状态。根据阻塞产生的原因不同,阻塞状态又可以分为三种:

1.等待阻塞:运行状态中的线程执行wait()方法,使本线程进入到等待阻塞状态,JVM会把该线程放入等待队列(waitting queue)中;

2.同步阻塞 – 线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用),它会进入同步阻塞状态,JVM会把该线程放入锁池(lock pool)中;

3.其他阻塞 – 通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时,线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时,线程重新转入就绪状态。

死亡状态(Dead)

线程run()、main() 方法执行结束或者因异常退出了run()方法,该线程结束生命周期。死亡的线程不可再次复生。


状态之间的转换

就绪状态转换为运行状态:当此线程得到处理器资源;

运行状态转换为就绪状态:当此线程主动调用yield()方法或在运行过程中失去处理器资源。

运行状态转换为死亡状态:当此线程线程执行体执行完毕或发生了异常。

此处需要特别注意的是:当调用线程的yield()方法时,线程从运行状态转换为就绪状态,但接下来CPU调度就绪状态中的哪个线程具有一定的随机性,因此,可能会出现A线程调用了yield()方法后,接下来CPU仍然调度了A线程的情况。

几个方法的比较

1. Thread.sleep(long millis),当前线程调用此方法,当前线程进入阻塞,但不释放对象锁,millis后线程自动苏醒进入可运行状态。作用:给其它线程执行机会的最佳方式。

2. Thread.yield(),当前线程调用此方法,当前线程放弃获取的cpu时间片,由运行状态变会可运行状态,让OS再次选择线程。作用:让相同优先级的线程轮流执行,但并不保证一定会轮流执行。实际中无法保证yield()达到让步目的,因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。Thread.yield()不会导致阻塞。

3. t.join()/t.join(long millis),当前线程里调用其它线程1的join方法,当前线程阻塞,但不释放对象锁,直到线程1执行完毕或者millis时间到,当前线程进入可运行状态。

4. obj.wait(),当前线程调用对象的wait()方法,当前线程释放对象锁,进入等待队列。依靠notify()/notifyAll()唤醒或者wait(long timeout)timeout时间到自动唤醒。

5. obj.notify()唤醒在此对象监视器上等待的单个线程,选择是任意性的。notifyAll()唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。


等待队列
调用obj的wait(), notify()方法前,必须获得obj锁,也就是必须写在synchronized(obj) 代码段内。

与等待队列相关的步骤和图如下:

1.线程1获取对象A的锁,正在使用对象A。
2.线程1调用对象A的wait()方法。
3.线程1释放对象A的锁,并马上进入等待队列。
4.锁池里面的对象争抢对象A的锁。
5.线程5获得对象A的锁,进入synchronized块,使用对象A。
6.线程5调用对象A的notifyAll()方法,唤醒所有线程,所有线程进入锁池。线程5调用对象A的notify()方法,唤醒一个线程,不知道会唤醒谁,被唤醒的那个线程进入锁池。
7.notifyAll()方法所在synchronized结束,线程5释放对象A的锁。
8.锁池里面的线程争抢对象锁,但线程1什么时候能抢到就不知道了。 原本锁池+第6步被唤醒的线程一起争抢对象锁。
在这里插入图片描述

锁池状态

1.当前线程想调用对象A的同步方法时,发现对象A的锁被别的线程占有,此时当前线程进入锁池状态。简言之,锁池里面放的都是想争夺对象锁的线程。
2.当一个线程1被另外一个线程2唤醒时,1线程进入锁池状态,去争夺对象锁。
3.锁池是在同步的环境下才有的概念,一个对象对应一个锁池。

小结

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