线程状态及各状态下与锁和CPU的关系
线程的状态
Thread.State
枚举类型中定义了线程的六种状态:NEW
,RUNNABLE
,BLOCKED
,WAITING
,TIMED_WAITING
和TERMINATED
。
线程在某一时刻只能拥有一种状态,但是在线程的整个生命周期,线程的状态会发生变化。
public enum State {
NEW,
RUNNABLE,
BLOCKED,
WAITING,
TIMED_WAITING,
TERMINATED;
}
各状态的说明
NEW
NEW状态是线程已经被创建,但还没调用start()
。此时的线程是不可运行的,CPU将不会为其分配时间。
RUNNABLE
当新创建的线程调用了start()
,线程便进入了RUNNABLE
状态。
RUNNABLE
状态是指可以获得CPU运行时间的状态,如果线程在此状态下,线程有两种子状态,一种是等待CPU时间,另一种是获得了CPU时间在执行代码。
BLOCKED
BLOCKED
状态是线程无法获取对象锁时的状态。此状态下线程会阻塞,当线程成功获取到锁,线程将切换为RUNNABLE
状态。
BLOCKED
状态无法获得CPU运行时间。
WAITING
WAITING
状态是指是指线程在执行过程中,主动出让自己CPU运行时间,让其他线程先执行,自己等待其它线程的特定操作后再恢复执行。
TIMED_WAITING
TIMED_WAITING
和WAITING
状态相似,TIMED_WAITING
增加了时间限制,其实没有外部信号,在等待时间超时后,线程也会恢复。
TERMINATED
TERMINATED
是线程的终止态,当线程执行完自己的任务,或在执行任务中发生了异常,线程都会进入TERMINATED
,表示线程已经到了生命周期的末尾。
下图是关于线程间各状态切换的过程及发生状态切换的一些条件。
操作 | 操作前线程状态 | 操作后线程状态 | 是否出让CPU时间 | 是否需要先持有对象锁 | 是否释放对象锁 |
---|---|---|---|---|---|
new Thread() | 无 | NEW | 否 | 否 | 否 |
Thread.start() | NEW | RUNNABLE | 否 | 否 | 否 |
synchronized能得到对象锁 | RUNNABLE | RUNNABLE | 否 | 否 | 否 |
synchronized无法得到对象锁 | RUNNABLE | BLOCKED | 是 | 否 | 否 |
Thread.join() | RUNNABLE | WAITING | 是 | 否 | 否 |
Thread.join(t) | RUNNABLE | TIMED_WAITING | 是 | 否 | 否 |
Thread.sleep(t) | RUNNABLE | TIMED_WAITING | 是 | 否 | 否 |
Object.wait() | RUNNABLE | WAITING | 是 | 是 | 是 |
Object.wait(t) | RUNNABLE | TIMED_WAITING | 是 | 是 | 是 |
Object.notify() / Object.notifyAll() | RUNNABLE | RUNNABLE | 否 | 是 | 否 |
Lock.lock() | RUNNABLE | WAITING | 是 | 否 | 否 |
Lock.tryLock(t) | RUNNABLE | TIMED_WAITING | 是 | 否 | 否 |
LockSupport.park() | RUNNABLE | WAITING | 是 | 否 | 否 |
LockSupport.parkNanos(t)/LockSupport.parkUntil(t) | RUNNABLE | TIMED_WAITING | 是 | 否 | 否 |
执行结束/执行异常 | RUNNABLE | TERMINATED | 是 | 否 | 否 |
以下是一些测试代码,可以运行下清晰的了解到状态。
各状态切换测试:
public class ThreadStateTest {
public static void main(String[] args){
threadStateNew();
workingThread();
threadStateTerminate();
threadBlockedByLock();
threadBlockedBySynchronized();
threadSleep();
threadWait();
threadTimedWait();
}
private static void threadStateNew(){
System.out.println("--------------------------");
System.out.print("Never Start Thread State:");
Thread thread = new Thread(()->{
}, "Thread Never Start");
//print NEW
System.out.println(thread.getState());
System.out.println("--------------------------");
}
private static void workingThread(){
System.out.println("--------------------------");
Thread thread = new Thread(()->{
for(int i=0; i<100; i++){
doSomeElse();
}
});
thread.start();
doSomeElse();
//print RUNNABLE
System.out.println("Working Thread State:" + thread.getState());
System.out.println("--------------------------");
}
private static void threadStateTerminate(){
System.out.println("--------------------------");
System.out.print("Finish Job Thread State:");
Thread thread = new Thread(()->{
}, "Thread Finish Job");
thread.start();
try {
//Main Thread Will Wait util this thread finished job
thread.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//print TERMINATED
System.out.println(thread.getState());
System.out.println("--------------------------");
}
private static void threadBlockedByLock(){
System.out.println("--------------------------");
System.out.print("Thread State Blocked By Lock:");
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Thread thread = new Thread(()->{
lock.lock();
}, "Blocked Thread");
lock.lock();
thread.start();
doSomeElse();
//print WAITING
System.out.println(thread.getState());
lock.unlock();
System.out.println("--------------------------");
}
private static void threadBlockedBySynchronized(){
System.out.println("--------------------------");
System.out.print("Thread Blocked By Synchronized:");
Thread thread = new Thread(()->{
synchronized (ThreadStateTest.class){
}
}, "Blocked by Synchronized Thread");
synchronized (ThreadStateTest.class){
thread.start();
doSomeElse();
//print BLOCKED
System.out.println(thread.getState());
}
System.out.println("--------------------------");
}
private static void threadSleep(){
System.out.println("--------------------------");
System.out.print("Sleeping Thread:");
Thread thread = new Thread(()->{
try {
Thread.sleep(10000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}, "Thread sleep");
thread.start();
doSomeElse();
//print TIMED_WAITING
System.out.println(thread.getState());
System.out.println("--------------------------");
}
private static void threadWait(){
System.out.println("--------------------------");
System.out.print("Thread Waiting:");
Object lock = new Object();
Thread threadA = new Thread(()->{
synchronized (lock){
try {
lock.wait();
for(int i=0; i<100; i++){
doSomeElse();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "Thread Waiting");
Thread threadB = new Thread(()->{
synchronized (lock){
//print WAITING
System.out.println("Before Notify, Thread A State:" + threadA.getState());
lock.notify();
//print BLOCKED
System.out.println("After Notify, Thread A State:" + threadA.getState());
}
});
threadA.start();
doSomeElse();
threadB.start();
try {
threadB.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//print RUNNABLE
System.out.println("After Thread B finish job, Thread A State:" + threadA.getState());
System.out.println("--------------------------");
}
private static void threadTimedWait(){
System.out.println("--------------------------");
System.out.print("Thread Waiting:");
Object lock = new Object();
Thread threadA = new Thread(()->{
synchronized (lock){
try {
lock.wait(1000);
for(int i=0; i<100; i++){
doSomeElse();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "Thread Waiting");
Thread threadB = new Thread(()->{
synchronized (lock){
//print TIMED_WAITING
System.out.println("Before Notify, Thread A State:" + threadA.getState());
lock.notify();
//print BLOCKED
System.out.println("After Notify, Thread A State:" + threadA.getState());
}
});
threadA.start();
doSomeElse();
threadB.start();
try {
threadB.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//print RUNNABLE
System.out.println("After Thread B finish job, Thread A State:" + threadA.getState());
System.out.println("--------------------------");
}
/**
* take some times, let the thread get cpu time
*/
private static void doSomeElse(){
double meanless = 0d;
for(int i=0; i<10000; i++){
meanless += Math.random();
}
}
}
CPU时间运行测试:
public class ThreadCPUTimeTest {
public static void main(String[] args) {
testBlockedThreadCPUTime();
}
protected static void testBlockedThreadCPUTime() {
Object lock = new Object();
Thread threadA = new Thread(() -> {
synchronized (lock) {
doSomethingElse();
}
}, "ThreadA: Blocked because of synchronized");
Thread threadB = new Thread(() -> {
synchronized (lock) {
try {
threadA.start();
Thread.sleep(100000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "ThreadB: With Monitor But Sleep");
threadB.start();
//Main Thread Executing Job
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
doSomethingElse();
}
}
private static void doSomethingElse() {
double meanless = 0d;
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
meanless += Math.random();
}
}
}
用VISUALVM可以统计CPU时间:
详细代码可以GitHub
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