一、状态简介


一个线程的生命周期里有五大状态,分别是:

  1. 新生
  2. 就绪
  3. 运行
  4. 死亡
  5. 运行后可能遇到的阻塞状态

二、相关方法


2.1 新生状态

Thread t = new Thread();

正如我们前面所说的,一个线程开始之后有自己的内存空间,这些工作空间和主内存进行交互,从主内存拷贝数据到工作空间。

当这个语句执行的时候,线程创建,开辟工作空间,也就是线程进入了新生状态。

2.2 就绪状态

普通情况,一旦调用了:

t.start();

start 方法被调用,线程立即进入了就绪状态,表示这个线程具有了运行的条件,但是还没有开始运行,这就是就绪状态。

线程就绪,但不意味着立即调度执行,因为要等待CPU的调度,一般来说是进入了就绪队列

但是还有另外三种情况,线程也会进入就绪状态,四种分别是:

  1. start()方法调用;
  2. 本来处于阻塞状态,后来阻塞解除;
  3. 如果运行的时候调用 yield() 方法,避免一个线程占用资源过多,中断一下,会让线程重新进入就绪状态。注意,如果调用 yield() 方法之后,没有其他等待执行的线程,此线程就会马上恢复执行;
  4. JVM 本身将本地线程切换到了其他线程,那么这个线程就进入就绪状态。

2.3 运行状态

当CPU选定了一个就绪状态的线程,进行执行,这时候线程就进入了运行状态,线程真正开始执行线程体的具体代码块,基本是 run() 方法。

注意,一定是从 就绪状态 - > 运行状态,不会从阻塞到运行状态的。

2.4 阻塞状态

阻塞状态指的是代码不继续执行,而在等待,阻塞解除后,重新进入就绪状态。

也就是说,阻塞状态发生肯能是运行状态转过去的, 运行状态 - > 阻塞状态,不会从就绪状态转过去。

阻塞的方法有四种:

  1. sleep()方法,是占用资源在睡觉的,可以限制等待多久;
  2. wait() 方法,和 sleep() 的不同之处在于,是不占用资源的,限制等待多久;
  3. join() 方法,加入、合并或者是插队,这个方法阻塞线程到另一个线程完成以后再继续执行;
  4. 有些 IO 阻塞,比如 write() 或者 read() ,因为IO方法是通过操作系统调用的。

上面的方法和start() 一样,不是说调用了就立即阻塞了,而是看CPU。

2.5 死亡状态

死亡状态指的是,线程体的代码执行完毕或者中断执行。一旦进入死亡状态,不能再调用 start() 。

让线程进入死亡状态的方法是 stop() 和 destroy() 但是都不推荐使用,jdk里也写了已过时。

一般的做法是,在线程内,让线程自身自然死亡,或者加一些代码,想办法让线程执行完毕。

  1. 自然死亡:这个线程体里就是多少次的循环,几次调用,执行完了就完了。
  2. 如果不能自然死亡:加一些终止变量,然后用它作为run的条件,这样,外部调用的时候根据时机,把变量设置为false。

比如下面的写法,第一种就是我们的正常写法(虽然很简单但是没有用lambda表达式,主要为了和第二种对比)

/*
    终止线程的方法1:自然死亡
*/
public class Status implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i=0; i<20; i++){
            System.out.println("studying");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Status s = new Status();
        new Thread(s).start();
    }
}
/*
    终止线程的方法2:外部控制
*/
public class Status implements Runnable{
    //1.加入状态变量
    private boolean flag = true;
    @Override
    //2.关联状态变量
    public void run() {
        while (flag){
            System.out.println("studying");
        }
    }
    //3.对外提供状态变量改变方法
    public void terminate() {
        this.flag = false;
    }
    public static void main(String[] args) {
        Status s = new Status();//1.新生
        new Thread(s).start();//2.就绪,随后进入运行
        //无人为阻塞
        for (int i=0; i<100000; i++){
            if (i==80000){
                s.terminate();//3.终止
                System.out.println("结束");
            }
        }
    }
}

三、阻塞状态详解


上面的内容,线程的五大状态里,其他四种都比较简单,创建对象的新生态、start开始的就绪态、cpu调度之后进入的运行态,以及正常结束或者外加干预导致的死亡态。

3.1 sleep()

  • sleep(时间)指定当前线程阻塞的毫秒数:
  • sleep存在异常:InterruptException;
  • sleep时间到了之后线程进入就绪状态;
  • sleep可以模拟网络延时、倒计时等;
  • 每一个对象都有一个无形的锁,sleep不会释放锁。(也就是我们说过的,抱着资源睡觉,这个特点对比wait)

前面用线程模拟抢票的网络延时,已经做过示例,就是用sleep设置线程阻塞的时间,达到网络延时的效果,让那个同步问题更容易显现出来。

我们再用龟兔赛跑的例子修改一下,前面兔子和乌龟都是一样各自跑,这次让兔子骄傲的爱睡觉,每隔一段路就睡一段时间。

public class Racer2 implements Runnable{
    private String winner;
    @Override
    public void run() {
        for (int dis=1; dis<=100; dis++){
            String role = Thread.currentThread().getName();
            //模拟兔子睡觉
            if (dis%10==0 && role.equals("兔子")){
                try {
                    Thread.sleep(500);//睡
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println(role + " 跑了 " + dis);
            //每走一步,判断是否比赛结束
            if (gameOver(dis))break;
        }
    }

    public boolean gameOver(int dis){
        if (winner != null){
            return true;
        } else if (dis == 100){
            winner = Thread.currentThread().getName();
            System.out.println("获胜者是 "+winner);
            return true;
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Racer2 racer = new Racer2();//1.创建实现类
        new Thread(racer,"兔子").start();//2.创建代理类并start
        new Thread(racer,"乌龟").start();
    }
}

这里面:

Thread.sleep(500);//睡

就是让线程进入阻塞状态,并且 500 ms 后,自动进入就绪状态,由 cpu 调度适时重新运行。

也可以利用 sleep 模拟倒计时,不涉及多个线程,所以直接在主线程里面,主方法里写内容就可以,也不用run什么,直接调用sleep设置阻塞时间。

public class SleepTime {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int num = 10;
        while (num>=0){
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(num--);
        }
    }
}

这就会完成 10-0 的倒计时。

更花哨一点,用 Dateformat 和 Date 实现时间的显示:

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    //获取十秒后的时间,然后倒计时
    Date endTime = new Date(System.currentTimeMillis()+1000*10);
    //干预线程的结束
    long end = endTime.getTime();
    DateFormat format = new SimpleDateFormat("mm:ss");
    while (true) {
        System.out.println(format.format(endTime));
        Thread.sleep(1000);
        endTime = new Date(endTime.getTime() - 1000);//-1s
        if (end-10000 > endTime.getTime()){
            break;
        }
    }
}

3.2 wait() && notify()

和 sleep() 不同,wait() 方法和 notify() 搭配,可以互相搭配,一个经典的的使用场景以及介绍是在生产者-消费者模型中:

(待更新链接)

3.3 yield()

礼让线程,让当前正在执行的线程暂停,不阻塞线程,而是直接将线程从运行状态转入就绪状态,让cpu调度器重新调度。

用法和 sleep 是一样的,也是一个静态方法,调用起来的效果比 sleep 弱。

这是因为,礼让之余,还有 cpu 的调度在影响顺序,所以无法保证达到线程切换的效果, cpu 还是可能调用当前的线程。

3.4 join()

join 合并线程,待此线程执行完成后,再执行其他线程。也就是说,阻塞其他的所有线程,所以其实应该是插队线程,所以 join 应该翻译成加入,插入?。

不同于 sleep 和 yield 方法,join 不是静态方法,是一个普通方法,要通过一个具体的 Thread 对象才能调用 join。

public class JoinDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            for (int i=0; i<100; i++){
                System.out.println("myThread is joining" + i);
            }
        });

        t.start();

        for (int i=0; i<100; i++){
            if (i == 50){
                t.join();//插队,此时主线程不能执行,而要执行 t
            }
            System.out.println("main is running" + i);
        }
    }
}

执行结果可以看出来,等到主线程执行到 i = 50后,t 线程完全执行,直到结束,才继续执行 main 线程。

(当然,在 i = 50 之前,是不确定的,cpu 给两个线程的安排)

join 的最重要的部分,就是插队可以保证,这个线程自己一定会先执行完,这是在很多地方需要的逻辑。


四、利用枚举变量监控线程状态


回过头看线程的状态转换图:

新生态、死亡态、除了阻塞内部,其他都已经进行了练习,其中,就绪态到运行态之间是不由程序员控制的,所以 java 给这两个状态了一个统一的名称叫 Runnable(不要和Runnable接口搞混)。

java jdk 里面对于线程状态的区分:

  1. NEW 对应没有 Started 的线程,对应新生态;
  2. RUNNABLE,对于就绪态和运行态的合称;
  3. BLOCKED,WAITING,TIMED_WAITING三个都是阻塞态:
    • sleep 和 join 称为WAITING,TIMED_WAITING(设置了时间的话);
    • wait 和 IO 流阻塞称为BLOCKED。
  4. TERMINATED 死亡态。

我们用一个 demo 观察一下状态的切换过程:

public class AllState {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //一个拥有阻塞的线程
        Thread t = new Thread(()->{
            for (int i=0; i<10; i++){
                try {
                    Thread.sleep(200);//阻塞
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("........I am running.........");
            }
        });

        System.out.println(t.getState());//获取状态,此时应该是new

        t.start();
        System.out.println(t.getState());//获取状态,此时已经start

        //监控阻塞,设置结束条件为监控到 t 线程已经变成 Terminated
        while (!t.getState().equals(Thread.State.TERMINATED)){
            Thread.sleep(200);//主线程每200ms监控一次线程 t
            System.out.println(t.getState());
        }
    }
}

从输出结果可以看到,从 开始的 new 到 runnable(start后),到有线程执行了 running 的runnable,到阻塞的 timed_waiting ,到恢复 runnable,到最终的结束 terminated。

Thread 还提供了线程数方法,可以计数,结束条件其实还可以改成对于线程数的判断,因为当 t 结束后,线程数就只剩下主线程了

while (Thread.activeCount() != 1){
    System.out.println(Thread.activeCount());
    Thread.sleep(200);//主线程每200ms监控一次线程 t
    System.out.println(t.getState());
}

然而,运行起来的时候输出显示的是 3 个线程:

最后 terminated 之后陷入了线程数是 2 的死循环,和预想的不一样。。。

引入了另一个问题,搜了一下,应该是控制台输出,也是一个线程被监控的。

08-17 15:10