java线程的五大状态,阻塞状态详解
一、状态简介
一个线程的生命周期里有五大状态,分别是:
- 新生
- 就绪
- 运行
- 死亡
- 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:
- start()方法调用;
- 本来处于阻塞状态,后来阻塞解除;
- 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;
- 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:
- sleep()方法,是占用资源在睡觉的,可以限制等待多久;
- 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;
- 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;
- 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。
- 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。
- 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:
- NEW 对应没有 Started 的线程,对应新生态;
- RUNNABLE,对于就绪态和运行态的合称;
- 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。
- 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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