线程的生命周期和状态?

标签：状态生命周期 Thread lock WAITING RUNNABLE 线程

线程状态的实质

当我们说线程的状态时，说的就是一个变量的值。哪个变量？Thread类中的一个变量

private volatile int threadStatus = 0;

这个值是个整数，可以通过映射关系（VM.toThreadState）转换成一个枚举类

public enum State {
    NEW,
    RUNNABLE,
    BLOCKED,
    WAITING,
    TIMED_WAITING,
    TERMINATED;
}

我们盯着这个threadStatus的值看变化就好了、

NEW

一切的起点，要从把一个 Thread 类的对象创建出来，开始说起。

Thread t = new Thread();

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RUNNABLE

躺在堆内存中无所事事的 Thread 对象，在调用了 start() 方法后，才显现生机。

t.start();

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RUNNING 和 READY

上面的 RUNNABLE 状态，准确说是，得到了可以随时准备运行的机会的状态。

而处于这个状态中的线程，也分为了正在 CPU 中运行的线程，和一堆处于就绪中等待 CPU 分配时间片来运行的线程。

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处于就绪中的线程，会存储在一个就绪队列中，等待着被操作系统的调度机制选到，进入 CPU 中运行。

无论是 Java 语言，还是操作系统，都不区分这两种状态，在 Java 中统统叫 RUNNABLE。

TERMINATED

当一个线程执行完毕（或者调用已经不建议的 stop 方法），线程的状态就变为 TERMINATED。

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此时这个线程已经无法死灰复燃了，如果你此时再强行执行 start 方法，将会报出错误。java.lang.IllegalThreadStateException

最简单的线程生命周期讲完了。。。

初始 -- 运行 -- 终止

BLOCKED

首先创建一个对象 lock。

public static final Object lock = new Object();

一个线程，执行一个 sychronized 块，锁对象是 lock，且一直持有这把锁不放。

new Thread(() -> {
    synchronized (lock) {
        while(true) {}
    }
}).start();

另一个线程，也同样执行一个锁对象为 lock 的 sychronized 块。

new Thread(() -> {
    synchronized (lock) {
       ...
    }
}).start();

那么，在进入 synchronized 块时，因为无法拿到锁，会使线程状态变为 BLOCKED。

同样，对于 synchronized 方法，也是如此。

当该线程获取到了锁后，便可以进入 synchronized 块，此时线程状态变为 RUNNABLE。

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WAITING

wait/notify

我们在刚刚的 synchronized 块中加点东西。

new Thread(() -> {
    synchronized (lock) {
       ...
       lock.wait();
       ...
    }
}).start();

这个lock.wait()方法一调用，会发生三件事。

释放锁对象lock（隐含着必须先获取这个锁才行）
线程状态变成WAITING
线程进入lock对象的等待队列

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什么时候这个线程被唤醒，从等待队列中移出，并从WAITING状态返回RUNNABLE状态呢？

必须由另一个线程，调用同一个对象的 notify/notifyAll 方法。
new Thread(() -> {
    synchronized (lock) {
       ...
       lock.notify(); 
       ...
    }
}).start();

只不过 notify 是只唤醒一个线程，而 notifyAll 是唤醒所有等待队列中的线程。

但需要注意，被唤醒后的线程，从等待队列移出，状态变为 RUNNABLE，但仍然需要抢锁，抢锁成功了，才可以从 wait 方法返回，继续执行。

如果失败了，就和上一部分的 BLOCKED 流程一样了。

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join

主线程这样写。

public static void main(String[] args) {
  thread t = new Thread(...);
  t.start();
  t.join();
  ...
}

当执行到 t.join() 的时候，主线程会变成 WAITING 状态，直到线程 t 执行完毕，主线程才会变回 RUNNABLE 状态，继续往下执行。

看起来，就像是主线程执行过程中，另一个线程插队加入（join），而且要等到其结束后主线程才继续。

因此我们的状态图，又多了两项。

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那 join 又是怎么神奇地实现这一切呢？也是像 wait 一样放到等待队列么？

打开 Thread.join() 的源码，你会发现它非常简单。

// Thread.java
// 无参的 join 有用的信息就这些，省略了额外分支
public synchronized void join() {
  while (isAlive()) {
      wait();
  }
}

也就是说，他的本质仍然是执行了 wait() 方法，而锁对象就是 Thread t 对象本身。

那从 RUNNABLE 到 WAITING，就和执行了 wait() 方法完全一样了。

那从 WAITING 回到 RUNNABLE 是怎么实现的呢？

主线程调用了 wait ，需要另一个线程 notify 才行，难道需要这个子线程 t 在结束之前，调用一下 t.notifyAll() 么？

答案是否定的，那就只有一种可能，线程 t 结束后，由 jvm 自动调用 t.notifyAll()，不用我们程序显示写出。

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park/unpark

有了上面 wait 和 notify 的机制，下面就好理解了。

一个线程调用如下方法。

LockSupport.park()

该线程状态会从 RUNNABLE 变成 WAITING、

另一个线程调用

LockSupport.unpark(Thread 刚刚的线程)

刚刚的线程会从 WAITING 回到 RUNNABLE。

但从线程状态流转来看，与 wait 和 notify 相同。

从实现机制上看，他们甚至更为简单。

park 和 unpark 无需事先获取锁，或者说跟锁压根无关。
没有什么等待队列一说，unpark 会精准唤醒某一个确定的线程。
park 和 unpark 没有顺序要求，可以先调用 unpark

关于第三点，就涉及到 park 的原理了，这里我只简单说明。

线程有一个计数器，初始值为0

调用 park 就是：如果这个值为0，就将线程挂起，状态改为 WAITING。如果这个值为1，则将这个值改为0，其余的什么都不做。

调用 unpark 就是：将这个值改为1

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TIMED_WAITING

这部分就再简单不过了，将上面导致线程变成 WAITING 状态的那些方法，都增加一个超时参数，就变成了将线程变成 TIMED_WAITING 状态的方法了，我们直接更新流程图。

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这些方法的唯一区别就是，从 TIMED_WAITING 返回 RUNNABLE，不但可以通过之前的方式，还可以通过到了超时时间，返回 RUNNABLE 状态。

就这样。

还有，大家看。

wait 需要先获取锁，再释放锁，然后等待被 notify。

join 就是 wait 的封装。

park 需要等待 unpark 来唤醒，或者提前被 unpark 发放了唤醒许可。

那有没有一个方法，仅仅让线程挂起，只能通过等待超时时间到了再被唤醒呢。

这个方法就是

Thread.sleep(long)

我们把它补充在图里，这一部分就全了。

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再把它加到全局图中。

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调用 jdk 的 Lock 接口中的 lock，如果获取不到锁，线程将挂起，此时线程的状态是什么呢？

有多少同学觉得应该和 synchronized 获取不到锁的效果一样，是变成 BLOCKED 状态？

不过如果你仔细看我上面的文章，有一句话提到了，jdk 中锁的实现，是基于 AQS 的，而 AQS 的底层，是用 park 和 unpark 来挂起和唤醒线程，所以应该是变为 WAITING 或 TIMED_WAITING 状态。

调用阻塞 IO 方法，线程变成什么状态？

比如 socket 编程时，调用如 accept()，read() 这种阻塞方法时，线程处于什么状态呢？

答案是处于 RUNNABLE 状态，但实际上这个线程是得不到运行权的，因为在操作系统层面处于阻塞态，需要等到 IO 就绪，才能变为就绪态。

Thread.yield( )

Java线程中有一个Thread.yield( )方法，很多人翻译成线程让步。

顾名思义，就是说当一个线程使用了这个方法之后，它就会把自己CPU执行的时间让掉，让自己或者其它的线程运行。

使当前线程从执行状态（运行状态）变为可执行态（就绪状态）。cpu会从众多的可执行态里选择，也就是说，当前也就是刚刚的那个线程还是有可能会被再次执行到的，并不是说一定会执行其他线程而该线程在下一次中不会执行到了。

我把100块钱丢在地上，说：“我要yield！看看谁抢的块”

理论上丢在地上你们强的快，但也有可能是我抢到，或许你的手是最长的，但也不是一定就是你抢到。

标签：状态,生命周期,Thread,lock,WAITING,RUNNABLE,线程
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