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【高并發】線程的生命周期其實沒有我們想象的那麼簡單!!

了解線程的生命周期本質上了解了生命周期中各個節點的狀态轉換機制就可以了。

接下來,我們分别就通用線程生命周期和Java語言的線程生命周期分别進行詳細說明。

通用的線程生命周期

通用的線程生命周期總體上可以分為五個狀态:初始狀态、可運作狀态、運作狀态、休眠狀态和終止狀态。

我們可以簡單的使用下圖來表示這五種狀态。

【高并發】線程的生命周期其實沒有我們想象的那麼簡單!!

初始狀态

線程已經被建立,但是不允許配置設定CPU執行。需要注意的是:這個狀态屬于程式設計語言特有,這裡指的線程已經被建立,僅僅指在程式設計語言中被建立,在作業系統中,并沒有建立真正的線程。

可運作狀态

線程可以配置設定CPU執行。此時,作業系統中的線程被成功建立,可以配置設定CPU執行。

運作狀态

當作業系統中存在空閑的CPU,作業系統會将這個空閑的CPU配置設定給一個處于可運作狀态的線程,被配置設定到CPU的線程的狀态就轉換成了運作狀态

休眠狀态

運作狀态的線程調用一個阻塞的API(例如,以阻塞的方式讀檔案)或者等待某個事件(例如,等待某個條件變量等),線程的狀态就會轉換到休眠狀态。此時線程會釋放CPU資源,休眠狀态的線程沒有機會獲得CPU的使用權。一旦等待的條件出現,線程就會從休眠狀态轉換到可運作狀态。

終止狀态

線程執行完畢或者出現異常就會進入終止狀态,終止狀态的線程不會切換到其他任何狀态,這也意味着線程的生命周期結束了。

以上就是通用的線程生命周期,下面,我們再看對比看下Java語言中的線程生命周期。

Java中的線程生命周期

Java中的線程生命周期總共可以分為六種狀态:初始化狀态(NEW)、可運作/運作狀态(RUNNABLE)、阻塞狀态(BLOCKED)、無時限等待狀态(WAITING)、有時限等待狀态(TIMED_WAITING)、終止狀态(TERMINATED)。

需要大家重點了解的是:雖然Java語言中線程的狀态比較多,但是,其實在作業系統層面,Java線程中的阻塞狀态(BLOCKED)、無時限等待狀态(WAITING)、有時限等待狀态(TIMED_WAITING)都是一種狀态,即通用線程生命周期中的休眠狀态。也就是說,隻要Java中的線程處于這三種狀态時,那麼,這個線程就沒有CPU的使用權。

了解了這些之後,我們就可以使用下面的圖來簡單的表示Java中線程的生命周期。

【高并發】線程的生命周期其實沒有我們想象的那麼簡單!!

我們也可以這樣了解阻塞狀态(BLOCKED)、無時限等待狀态(WAITING)、有時限等待狀态(TIMED_WAITING),它們是導緻線程休眠的三種原因!

接下來,我們就看看Java線程中的狀态是如何轉化的。

RUNNABLE與BLOCKED的狀态轉換

隻有一種場景會觸發這種轉換,就是線程等待synchronized隐式鎖。synchronized修飾的方法、代碼塊同一時刻隻允許一個線程執行,其他的線程則需要等待。此時,等待的線程就會從RUNNABLE狀态轉換到BLOCKED狀态。當等待的線程獲得synchronized隐式鎖時,就又會從BLOCKED狀态轉換到RUNNABLE狀态。

這裡,需要大家注意:線程調用阻塞API時,在作業系統層面,線程會轉換到休眠狀态。但是在JVM中,Java線程的狀态不會發生變化,也就是說,Java線程的狀态仍然是RUNNABLE狀态。JVM并不關心作業系統排程相關的狀态,在JVM角度來看,等待CPU使用權(作業系統中的線程處于可執行狀态)和等待IO操作(作業系統中的線程處于休眠狀态)沒有差別,都是在等待某個資源,是以,将其都歸入了RUNNABLE狀态。

我們平時所說的Java在調用阻塞API時,線程會阻塞,指的是作業系統線程的狀态,并不是Java線程的狀态。

RUNNABLE與WAITING狀态轉換

線程從RUNNABLE狀态轉換成WAITING狀态總體上有三種場景。

場景一

獲得synchronized隐式鎖的線程,調用無參的Object.wait()方法。此時的線程會從RUNNABLE狀态轉換成WAITING狀态。

場景二

調用無參數的Thread.join()方法。其中join()方法是一種線程的同步方法。例如,在threadA線程中調用threadB線程的join()方法,則threadA線程會等待threadB線程執行完。而threadA線程在等待threadB線程執行的過程中,其狀态會從RUNNABLE轉換到WAITING。當threadB執行完畢,threadA線程的狀态則會從WAITING狀态轉換成RUNNABLE狀态。

場景三

調用LockSupport.park()方法,目前線程會阻塞,線程的狀态會從RUNNABLE轉換成WAITING。調用LockSupport.unpark(Thread thread)可喚醒目标線程,目标線程的狀态又會從WAITING狀态轉換到RUNNABLE。

RUNNABLE與TIMED_WAITING狀态轉換

總體上可以分為五種場景。

調用帶逾時參數的Thread.sleep(long millis)方法;

獲得synchronized隐式鎖的線程,調用帶逾時參數的Object.wait(long timeout)參數;

調用帶逾時參數的Thread.join(long millis)方法;

場景四

調用帶逾時參數的LockSupport.parkNanos(Object blocker, long deadline)方法;

場景五

調用帶逾時參數的LockSuppor.parkUntil(long deadline)方法。

從NEW到RUNNABLE狀态

Java剛建立出來的Thread對象就是NEW狀态,建立Thread對象主要有兩種方法,一種是繼承Thread對象,重寫run()方法;另一種是實作Runnable接口,重寫run()方法。

注意:這裡說的是建立Thread對象的方法,而不是建立線程的方法,建立線程的方法包含建立Thread對象的方法。

繼承Thread對象

public class ChildThread extends Thread{
    @Override
    public void run(){
        //線程中需要執行的邏輯
    }
}
//建立線程對象
ChildThread childThread = new ChildThread();      

實作Runnable接口

public class ChildRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run(){
        //線程中需要執行的邏輯
    }
}
//建立線程對象
Thread childThread = new Thread(new ChildRunnable());      

處于NEW狀态的線程不會被作業系統排程,是以也就不會執行。Java中的線程要執行,就需要轉換到RUNNABLE狀态。從NEW狀态轉換到RUNNABLE狀态,隻需要調用線程對象的start()方法即可。

//建立線程對象
Thread childThread = new Thread(new ChildRunnable());
//調用start()方法使線程從NEW狀态轉換到RUNNABLE狀态
childThread.start();      

RUNNABLE到TERMINATED狀态

線程執行完run()方法後,或者執行run()方法的時候抛出異常,都會終止,此時為TERMINATED狀态。如果我們需要中斷run()方法,可以調用interrupt()方法。