Java中线程的生命周期
1 介绍
本篇文章我们讨论下Java中的一个非常核心的概念：线程的生命周期。在Java编程语言中，多线程编程非常重要。线程从创建到销毁是有生命周期的，在线程的生命周期中，线程会经历多种状态(state)。
2 线程状态说明以及状态流转图
java.lang.Thread类中有一个静态的枚举类：State，用来表示线程各种可能的状态：
public enum State {
/**
* NEW状态表示线程新创建，仍不能开始运行。
*/
NEW,
/**
* RUNNABLE表示线程可运行(runnable or ready to run)，有可能正在运行，或者正在资源ready，比如CPU调度。
*/
RUNNABLE,
/**
* BLOCKED表示线程正在等待监视器锁(monitor lock)，获取到监视器锁后可以进入同步代码块或者同步方法(synchronized block/method)，当然可能是首次等待，也可能是调用Object.wait()等待之后再被唤醒(Object.notify()或者Object.notifyAll())后，因为唤醒后一般不能直接进入Runnable状态，需要重写争抢监视器锁，这时仍然是BLOCKED状态。
*/
BLOCKED,
/**
* WAITING状态表示当前线程正在等待其他线程的一些动作(无超时时间的等待)，包括如下三个场景：
* Object.wait()调用之后等待其他线程调用Object.notify()或者Object.notifyAll()
* Thread.join()调用之后等待指定的线程终止(进入TERMINATED状态)
* LockSupport.park()调用之后等待等待其他线程调用LockSupport.unpark(thread)
*/
WAITING,
/**
* TIMED_WAITING状态表示当前线程在限定时间内等待其他线程的一些动作，包括如下几个场景：
* Thread.sleep
* Object.wait指定等待时间
* Thread.join指定等待时间
* LockSupport.parkNanos
* LockSupport.parkUntil
*/
TIMED_WAITING,
/**
* TERMINATED表示终止状态，线程已经执行完成。
*/
TERMINATED;
}
复制代码线程的可能状态流转图(状态机)如下所示：
注意上面的Blocked状态，线程调用Object.wait()等待之后会进入WAITING或TIMED_WAITING状态，而再被唤醒(Object.notify()或者Object.notifyAll())后，由于唤醒后一般不能直接进入Runnable状态，需要重写争抢监视器锁，这时仍然是先进入BLOCKED状态。
3 线程各状态实战举例
3.1 NEW
NEW状态表示线程新创建，仍不能开始运行。当调用了线程的start()方法后线程才开始运行。下面的代码表示新创建的线程处于NEW状态：
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("线程任务运行中...");
}
};
Thread thread = new Thread(runnable);
System.out.println(thread.getState());
复制代码运行结果如下：
3.2 Runnable
RUNNABLE表示线程可运行(runnable or ready to run)，有可能正在运行，或者正在资源ready，比如CPU调度。在多线程环境下，JVM中的线程调度器给每个线程分配一定的时间片去执行，执行完分配的之后之后，换为其他线程执行(分时复用机制)。我们继续基于前面的代码，把线程启动起来，然后看下线程的状态：
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("线程任务运行中...");
}
};
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();
System.out.println(thread.getState());
复制代码运行结果如下：
有一点需要注意：由于线程启动之后可能非常快就直接执行完，因此可能输出TERMINATED状态。
3.3 Blocked
当一个线程等待获取监视器锁(monitor lock)的时候，会处于BLOCKED状态，之所以要等待获取监视器锁，是因为当前监视器锁正在被其他线程占有。下面我们复现该线程状态：
public class TestMain {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(new DemoBlockedRunnable());
Thread t2 = new Thread(new DemoBlockedRunnable());
t1.start();
t2.start();
Thread.sleep(1000);
System.out.println(t2.getState());
System.exit(0);
}
}
class DemoBlockedRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
commonResource();
}
public static synchronized void commonResource() {
while(true) {
// Infinite loop to mimic heavy processing
// 't1' won't leave this method
// when 't2' try to enter this
}
}
}
复制代码输出如下：
上述代码中，由于t1先抢占了类DemoBlockedRunnable上的监视器锁，并且t1进入了无限循环，导致t2一直在等待获取监视器锁，因此打印t2的线程状态为BLOCKED。
3.4 Waiting
WAITING状态表示当前线程正在等待其他线程的一些动作(无超时时间的等待)，包括如下三个场景：
- object.wait()调用之后等待其他线程调用Object.notify()或者Object.notifyAll()；
- thread.join()调用之后等待指定的线程终止(进入TERMINATED状态)；
- LockSupport.park()调用之后等待等待其他线程调用LockSupport.unpark(thread)；
下面我们复现该线程状态：
public class TestMain {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(new Runnable1());
Thread t2 = new Thread(new Runnable2(t1));
t1.start();
t2.start();
Thread.sleep(1000);
System.out.println(t2.getState());
}
}
class Runnable1 implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("Runnable1 begin run...");
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Runnable1 end run...");
}
}
class Runnable2 implements Runnable {
private Thread runnable1;
public Runnable2(Thread runnable1) {
this.runnable1 = runnable1;
}
@Override
public void run() {
System.out.println("Runnable2 begin run...");
try {
runnable1.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Runnable2 end run...");
}
}
复制代码输出如下：
这里由于线程t2调用了thread.join()，因此陷入WAITING状态。
3.5 Timed Waiting
TIMED_WAITING状态表示当前线程在限定时间内等待其他线程的一些动作，包括如下几个场景：
- Thread.sleep(long mills)
- object.wait(int timeout)
- thread.join(long mills)
- LockSupport.parkNanos
- LockSupport.parkUntil
public class TestMain {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
t1.start();
Thread.sleep(1000);
System.out.println(t1.getState());
}
}
复制代码输出如下：
这里由于线程t1调用了Thread.sleep(2000)，因此在等待期内的状态为TIMED_WAITING。
3.6 Terminated
TERMINATED是线程终止状态，线程完成执行或者异常终止后都会处于TERMINATED状态。
public class TestMain {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("t1 running begin..");
System.out.println("t1 running end..");
}
});
t1.start();
Thread.sleep(1000);
System.out.println(t1.getState());
}
}
复制代码输出如下：
4 总结
线程是Java多线程编程的基础，本文讨论了Java中线程的生命周期，以及生命周期中可能出现的6种状态，每种状态都举例进行了说明。
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