java线程的五大状态，阻塞状态详解

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2023-06-05
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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

java线程的五大状态，阻塞状态详解

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。

java线程的五大状态，阻塞状态详解


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：
  4. sleep 和 join 称为WAITING,TIMED_WAITING（设置了时间的话）；
  5. wait 和 IO 流阻塞称为BLOCKED。
  6. 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。

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