Java多线程：状态转移详解

Java中的线程在其生命周期内会经历不同的状态。理解这些状态以及它们之间的转换对于掌握多线程编程至关重要。本文将详细介绍Java线程的状态以及它们之间的转换机制。

线程生命周期状态

根据Java语言规范和java.lang.Thread.State枚举定义，线程的状态主要分为以下几种：

• 新建（NEW）：创建后尚未启动的线程处于此状态。
• 可运行（RUNNABLE）：处于可运行状态的线程正在Java虚拟机中运行，但它可能正在等待来自操作系统的资源，如处理器。
• 阻塞（BLOCKED）：线程等待监视器锁（进入一个synchronized块/方法）以进入同步代码区域时，它会进入此状态。
• 等待（WAITING）：线程因为调用Object.wait()、Thread.join()或LockSupport.park()而处于等待状态，需要其他线程显式唤醒。
• 超时等待（TIMED_WAITING）：类似于等待状态，但有最大等待时间，线程在指定的时间后会被自动唤醒，或可通过Thread.interrupt()等方法提前唤醒。
• 终止（TERMINATED）：线程正常完成执行或因异常退出而终止。

状态转移

线程状态之间的转移由Java运行时环境控制，也受到线程自身的行为和其他线程的影响。

1. 新建到可运行

当线程被创建，即实例化Thread类的对象后，它处于新建状态。调用线程对象的start()方法后，线程进入可运行状态。在这个状态下，线程可能正在执行，也可能在等待操作系统分配执行时间。

Thread thread = new Thread(() -> {
    // Code to execute
});
thread.start(); // 线程进入可运行状态

2. 可运行与阻塞的转换

当线程试图获取一个锁以进入一个同步区域，但锁被其他线程持有时，它会从可运行状态变成阻塞状态。当持有锁的线程释放锁后，阻塞状态的线程会重新进入可运行状态。

synchronized(lock) {
    // 当前线程持有锁，其他试图进入这个块的线程会阻塞
}

3. 可运行与等待/超时等待的转换

线程可以通过调用Object.wait()、Thread.join()或LockSupport.park()等方法主动进入等待状态。通过调用Object.wait(long timeout)、Thread.sleep(long millis)等方法，它可以进入超时等待状态。线程在这些状态下不会执行任何操作，直到被唤醒或超时。

synchronized(obj) {
    obj.wait(); // 线程进入等待状态，直到另一个线程在该对象上调用notify()/notifyAll()
}
Thread.sleep(1000); // 纑程进入超时等待状态，直到时间到或线程被中断

4. 等待/超时等待到可运行的转换

线程在等待状态下，需要其他线程调用相应对象的notify()、notifyAll()或LockSupport.unpark(Thread thread)方法将其唤醒。对于超时等待状态，线程会在等待时间结束后自动变为可运行状态，或可以被其他线程提前唤醒。

synchronized(obj) {
    obj.notify(); // 唤醒在该对象上等待的一个线程
}

5. 终止

线程在完成了它的执行任务后，或者因为异常退出，进入终止状态。一旦线程终止，它的状态不会再发生变化。

public void run() {
    // Code
    // 执行完成后，线程进入终止状态
}

线程状态的重要性

了解线程状态对于编写可靠和高效的多线程程序至关重要。例如，死锁可能发生在多个线程互相等待对方释放锁的情况下，造成它们都无法进入可运行状态。另外，不恰当的状态管理可能导致线程饥饿、过度竞争和性能问题。

实践建议：

• 避免不必要的锁，以减少线程进入阻塞状态的机会。
• 合理使用等待/通知机制，确保线程能够在适当的时候被唤醒。
• 避免长时间的超时等待，因为这可能导致系统资源的浪费。
• 监控线程状态，了解系统运行时线程的实际状态，以便进行调优和排查问题。

通过理解和掌握线程状态及其转换，我们可以编写出更稳定、响应更快的Java多线程应用程序。