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Java 线程生命周期 |
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目录 |
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1. 通用的线程生命周期 |
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- 初始状态 |
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- 可运行状态 |
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- 运行状态 |
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- 休眠状态 |
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- 终止状态 |
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2. Java 中线程的生命周期 |
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3. 摘自 |
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#### 通用的线程生命周期 |
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通用的线程生命周期基本是可以用下图 "五态模型" 来描述。这五态分别是:初始状态、可运行状态、运行状态、休眠状态和终止状态。 |
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![](https://i.loli.net/2019/03/19/5c903a489f3c7.png) |
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这五种状态详细如下: |
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1. 初始状态 |
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指的是线程已经被创建,但是还不允许分配 CPU 执行。这个状态属于编程语言特有的,不过这里所谓的被创建,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。 |
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2. 可运行状态 |
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指的是线程可以分配 CPU 执行。在这种状态下,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。 |
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3. 当有空闲的 CPU 时,操作系统会将其分配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。 |
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4. 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为休眠状态,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为可运行状态。 |
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5. 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它任何状态,进入终止状态也就意味着线程的生命周期结束了。 |
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这五种状态在不同的编程语言里会有简化合并。Java 语言里把可运行状态和运行状态合并了,这两种状态在操作系统调度层面有用,而 JVM 层面不关心这两个状态,因为 JVM 把线程调度交给了操作系统处理了。 |
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除了简化合并,这五种状态也有可能被细化,比如,Java 语言里就细化了休眠状态。 |
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#### Java 中线程的生命周期 |
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在 Java 语言里线程共有六种状态,分别是: |
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1. NEW 初始化状态 |
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2. RUNNABLE 可运行 / 运行状态 |
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3. BLOCKED 阻塞状态 |
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4. WAITING 无时限等待 |
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5. TIMED_WAITING 有时限等待 |
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6. TERMINATED 终止状态 |
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Java 中把操作系统中线程的休眠状态细分了阻塞状态、无时限等待和有时限等待状态,也就是说,只要 Java 线程处于这三种状态之一,那么这个线程就永远没有 CPU 的使用权。 |
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![](https://i.loli.net/2019/03/19/5c907c24121ac.png) |
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那么有哪些情形会导致线程从 RUNNABLE 状态切换到这三种状态呢? |
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1. RUNNABLE 与 BLOCKED 的状态切换 |
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只有一种场景会触发这种切换,就是线程等待 synchronized 的隐式锁。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 转换为 BLOCKED 状态。而当等待的线程获得 synchronized 隐式锁时,就又会从 BLOCKED 转换为 RUNNABLE 状态。 |
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如果线程调用阻塞式 API 时,是否会转换为 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,都在等待某个资源,所以都归入了 RUNNABLE 状态。 |
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而我们平时所谓的 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。 |
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2. RUNNABLE 与 WAITING 的状态转换 |
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总的来说,有三种场景会触发这种转换。 |
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第一种场景,获得 synchronized 隐式锁的过程,调用无参数的 Object.wait() 方法。 |
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第二种场景,调用无参数的 Thread.join() 方法。其中的 join() 是一种线程同步方法。例如有一个线程对象 ThreadA,当调用 ThreadA.join() 的时候,执行这条语句的线程会等待 ThreadA 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 ThreadA 执行完,原来等待它的线程又会从 WAITING 状态转换到 RUNNABLE。 |
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第三章场景,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。 |
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3. RUNNABLE 与 TIMED_WAITING 的状态转换 |
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有五种场景会触发这种转换。 |
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第一种,调用带超时参数的 Thread.sleep(long millis) 方法; |
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第二种,获得 synchronized 隐式锁的线程,调用带超时参数的 Object.wait(long millis) 方法; |
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第三种,调用带超时参数的 Thread.join(long millis) 方法; |
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第四种,调用带超时参数的 LockSupport.parkNanos(Object blocker, long deadline) 方法; |
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第五种,调用带超时参数的 LockSupport.parkUntil(long deadline) 方法; |
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这里 TIMED_WAITING 和 WAITING 状态的区别,仅仅是触发条件多了超时参数。 |
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4. 从 NEW 到 RUNNABLE 状态 |
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Java 刚创建出来的 Thread 对象就是 NEW 状态,而创建 Thread 对象主要有两种方法。一种是继承 Thread 对象,另一种是实现 Runnable 接口。NEW 状态的线程,不会被操作系统调度,因此不会执行。Java 线程要执行,就必须转换为 RUNNABLE 状态。从 NEW 状态转换到 RUNNABLE 状态很简单,只要调用线程对象的 start() 方法即可。 |
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5. 从 RUNNABLE 到 TERMINATED 状态 |
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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() 方法的时候抛出异常,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,例如 run() 方法访问一个很慢的网络,我们等不下去了,想要终止怎么办?Java 的 Thread 类倒是提供了 stop() 方法,不过已经被标记为 @Deprecated,所以不建议使用了,正确的姿势其实是调用 interrupt() 方法。 |
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那 stop() 和 interrupt() 方法的主要区别是什么呢? |
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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 synchronized 隐式锁,也不会释放,那其他线程就再也没机会获得 synchronized 隐式锁,这实在是太危险了。所以该方法就不建议使用了,类似的方法还有 suspend() 和 resume() 方法。 |
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而 interrupt() 方法就温柔多了,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。被 interrupt 的线程,是怎么收到通知的呢?一种是异常,另一种是主动检测。 |
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当线程 A 处于 WAITING、TIMED_WAITING 状态时,如果其它线程调用 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,这些方法都会 throws InterruptedException 这个异常。这个异常的触发条件就是:其它线程调用了该线程的 interrupt() 方法。 |
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当线程 A 处于 RUNNABLE 状态时,并且阻塞在 java.nio.channels.InterruptibleChannel 上时,如果其它线程调用线程 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,如果其它线程调用线程 A 的 interrupt() 方法,线程 A 的 java.nio.channels.Selector 会立即返回。 |
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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。还有一种是主动监测,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。如果其它线程调用线程 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。 |
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