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Java 线程生命周期

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在操作系统层面,线程也有 【生命周期】,这是并发编程的基础我们需要掌握其中 生命周期中各个节点的状态转换机制 以及持有锁状态。文本将会介绍系统的周期以及在 Java编程语言的生命周期区别。打通并发编程任督二脉需要将基本心法牢牢掌握。

通用的生命周期

可以用如下图所示的 “五态模式” 来描述,分别为: 初始状态、可运行状态、运行状态、休眠状态、终止状态。

Java 线程生命周期
  • 初始状态 :线程被创建,但是还不允许分配 CPU 执行,属于编程语言特有,仅仅是在编程语言创建,操作系统层面还没有。
  • 可运行状态 :可以分配 CPU 执行,操作系统也创建了线程。
  • 运行状态 :可运行状态的线程获取到 CPU 时间分片就转换成了运行状态。
  • 休眠状态 :运行状态的 线程调用了一个阻塞的 API 或者等待某个事件,就会转换成休眠状态,同时会释放 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。
  • 终止状态 :线程执行完成或者异常则进入终止状态,也就意味着线程的生命周期结束了。

Java 中的线程生命周期

接下来我们着重看看 Java 中的生命周期,一共有 6 种状态,分别是:

  • 新建 (New) :当程序使用 new 关键字创建了一个线程后。此时由 JVM 为其分配内存,并初始化其成员变量的值。
  • 可运行/就绪(Runnable) :当调用了 start() 方法,线程就处于可运行状态。Java 虚拟机会为其创建方法调用栈可程序计数器,等到调度运行。
  • 运行状态(Running) :处于可运行状态的线程获得 CPU 分片后,执行 run() 方法。
  • 阻塞(Blocked) :当处于运行状态的线程失去了所占有的资源。
  • 死亡(Dead) :程序正常完成、或者线程抛出一个未捕获的 Exception 货或 Error。或者调用线程的中断方法。

不要试图对一个已经死亡的线程调用 start() 方法让它重新启动,死亡就是死亡了,该线程不可再次作为线程执行。

线程状态转换如下图所示:

Java 线程生命周期

新建、可运行状态

当使用 new 关键字创建一个线程后,仅仅由Java虚拟机为其分配内存,并初始化其成员变量的值。此时的线程对象没有表现出任何线程的动态特征,程序也不会执行线程的线程执行体。

当线程对象调用了 start() 方法之后,该线程处于 就绪状态 。Java 虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器,处于这个状态中的线程并没有开始运行,只是表示该线程可以运行了。至于该线程何时开始运行,取决于 JVM 里线程调度器的调度。

注意:启动线程使用 start() 方法,而不是 run() 方法。调用 start() 方法启动线程,系统会把该 run方法当成方法执行体处理。需要切记的是:调用了线程的 run() 方法之后,该线程就不在处于新建状态,不要再次调用 start() 方法,只能对新建状态的线程调用 start() 方法,否则会引发 IllegaIThreadStateExccption异常。

1. RUNNABLE 与 BLOCKED 的状态转换

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,一个茅坑多个人想拉屎,只允许一个人在里面其他人只能在门外等着。这时候 等待的线程就会从 RUNNABLE 转换到 BLOCKED 状态。当某个等待的线程获得 synchronized 隐式锁时,就会从 BLOCKED 转换到 RUNNABLE 状态。因为拿到去茅坑的小票了。

2.RUNNABLE 与 WAITING 的状态转换

一共有三种场景触发这种状态转换。

  • 获得 synchronized 锁的线程调用 Object.wait() 方法。会释放锁,并且放弃 CPU 分片调度。
  • 调用 Thread.join() 方法。假如一个线程对象 thread A, 调用 A.join() ,执行这条语句的线程会等待 thread A 执行完,而作为等待的这个线程就会从 运行中变成 WAITING。比如主线程等待 thread A执行完成,那么主线程就会变成等待状态。
  • 调用 LockSupport.park() 方法。Java 并发包的锁都是基于此实现,调用 LockSupport.park() 方法,释放锁。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,目标线程竞争到锁后状态又会从 WAITING 状态转换到 RUNNABLE。

3.RUNNABLE 与 TIMED_WAITING 的状态转换

触发场景如下所示:

  • 调用带超时参数的 Thread.sleep(long millis) ,并不会释放锁。
  • 获得 synchronized 隐式锁的线程,调用 带超时参数Object.wait(long timeout) 方法;会释放锁。
  • 调用 带超时参数Thread.join(long millis) 方法;
  • 调用 带超时参数LockSupport.parkNanos(Object blocker, long deadline) 方法;会释放锁。
  • 调用 带超时参数LockSupport.parkUntil(long deadline) 方法。会释放锁。

其实更多的都是多了超时参数。

4.从运行中到终止状态

线程执行完 run() 方法后,会自动转换到 终止状态,但是当运行 run() 方法异常的时候,也会导致线程终止,有时候我们需要中断 run() 方法的执行,比如有的人占着茅坑很久不拉屎,我们要轰出去,后面的人等不了了,快憋死了。在 Java 中 Thread 类里面倒是有个 stop() 方法,不过已经标记为 @Deprecated,所以不建议使用了。正确的姿势其实是调用 interrupt() 方法。

那 stop() 和 interrupt() 方法的主要区别是什么呢?

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,这两个方法同样也都不建议使用了,所以这里也就不多介绍了。

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。

总结

理解 Java 线程的各种状态以及生命周期对于诊断多线程 Bug 非常有帮助,多线程程序很难调试,出了 Bug 基本上都是靠日志,靠线程 dump 来跟踪问题,分析线程 dump 的一个基本功就是分析线程状态,大部分的死锁、饥饿、活锁问题都需要跟踪分析线程的状态。同时,本文介绍的线程生命周期具备很强的通用性,对于学习其他语言的多线程编程也有很大的帮助。

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Java 线程生命周期
原文  https://juejin.im/post/5d7f04285188250f871b920d
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