纯净、安全、绿色的下载网站

首页|软件分类|下载排行|最新软件|IT学院

当前位置:首页IT学院IT技术 → 【Java并发基础】Java线程的生命周期

【Java并发基础】Java线程的生命周期

sakuraxx   2020-01-30 我要评论

前言

线程是操作系统中的一个概念,支持多线程的语言都是对OS中的线程进行了封装。要学好线程,就要搞清除它的生命周期,也就是生命周期各个节点的状态转换机制。不同的开发语言对操作系统中的线程进行了不同的封装,但是对于线程的声明周期这部分基本是相同的。下面先介绍通用的线程生命周期模型,然后详细介绍Java中的线程生命周期以及Java生命周期中各个状态是如何转换的。

通用的线程生命周期

上图为通用线程状态转换图(五态模型)。

  1. 初始状态

    线程被创建,但是还不允许分配CPU执行。这里的创建仅仅是指在编程语言层面被创建;在OS层面还没有被创建。

  2. 可运行状态

    线程可以分配CPU执行。在这种状态下,真正的OS线程已经被成功创建,所以可以分配CPU执行。

  3. 运行状态

    当有空闲的CPU时,OS就会将空闲CPU分配给一个处于可运行状态的线程,被分配到CPU的线程的状态就转换成了运行状态。

  4. 休眠状态

    运行状态的线程如果调用一个阻塞的API(例如以阻塞方式读文件)或者等待某个事件(例如条件变量),那么线程的状态就会转到休眠状态,此时会释放CPU使用权,休眠状态的线程永远没有机会获得CPU的使用权。当等待的事件出现了(线程被唤醒),线程就会从休眠状态转到可运行状态。

  5. 终止状态

    程序执行完成或者出现异常就会进入此状态。终止状态的线程不会切换到其他任何状态,进入终止状态也就意味着线程的生命周期结束了。

以上五种状态在不同的编程语言中会简化合并(C中POSIX Thread规范将初始状态和可运行状态合并)或者细化(Java中细化了休眠状态)。Java中将可运行状态和运行状态合并了,Java虚拟机不关心这两个状态,把线程的调度交给了操作系统。

Java线程的生命周期

Java语言的线程共有六种状态:New(初始化状态)、RUNNABLE(可运行状态/运行状态)、BLOCKED(阻塞状态)、WAITING(无时限等待)、TIMED_WAITING(有时限等待)、TERMINATED(终止状态)。

在操作系统层面,Java线程中的 BLOCKED、 WAITING 、TIMED_WAITING都是休眠状态。只要Java处于这三种状态之一,那么这个线程就永远没有CPU使用权。

下面是Java线程的状态转换图:

这六种状态之间的转换,注意箭头的方向,哪些状态是可以互转的哪些是不可以互转。

RUNNABLE ——> BLOCKED

只有一种场景会触发这种转换,即线程等待synchronized内置锁。synchronized关键修饰的方法、代码块同一时刻只允许一个线程执行,其他未能执行的线程则等待。这种情况下,等待的线程就会从RUNNABLE转换到 BLOCKED状态。当等待的线程获得内置锁时,就会从BLOCKED转换到RUNNABLE状态。

线程调用阻塞式API时,在操作系统层面线程是会转到休眠状态,但是在Java虚拟机层面,Java线程的状态是不会发生变化的,会保持RUNNABLE状态。Java虚拟机层面并不关心操作系统相关调度状态,在它眼里,等待CPU使用权(OS层面处于可执行状态)和等待I/O(OS层面处于休眠状态)没有区别,都是在等待某个资源,所以都归入了RUNNABLE状态。
所以,平时说Java在调用阻塞式API时,线程会阻塞,指的是操作系统线程的状态,并不是Java线程的状态。

RUNNABLE ——> WAITING

有三种场景会触发这种转换:

  1. 获取synchronized内置锁的线程,调用无参数的Object.wait()方法。

    当前线程调用wait()方法会将自己阻塞,状态就从从RUNNABLE转到WAITING状态。使用同一内置锁的其他线程可调用notifyAll()唤醒阻塞在该锁上的所有线程,此时被阻塞的线程状态就会从WAITING转到RUNNABLE状态。

  2. 调用Thread.join()方法。

    一个线程对象thread A,当调用A.join()的时候,执行这条语句的线程会等待thread A执行完,而等待的这个线程,其状态就会就会从RUNNABLE转到WAITING状态。当thread A执行完,原来的这个等待线程就会从WAITING状态转到RUNNABLE状态。

  3. 调用LockSupport.park()方法。

    Java并发包中的锁都是基于LockSupport对象实现的。调用LockSupport.park()的当前线程会被阻塞,线程的状态会从RUNNABLE转到WAITING状态。调用LockSupport.unpark(Thread t)可唤醒被阻塞的目标线程,目标线程的状态就会从WAITING转到RUNNABLE状态。

RUNNABLE ——> TIMED_WAITING

以下场景将会触发这个状态转变:

  1. 调用带超时参数的Thread.sleep(long millis)方法。
  2. 获得 synchronized 内置锁的线程,调用带超时参数的 Object.wait(long timeout)方法;
  3. 调用带超时参数的 Thread.join(long millis)方法;
  4. 调用带超时参数的 LockSupport.parkNanos(Object blocker, long deadline)方法;
  5. 调用带超时参数的 LockSupport.parkUntil(long deadline) 方法。

较与WAITING状态触发条件多了超时参数。

NEW ——> RUNNALE,创建线程的两种方式

Java刚创建出来的Thread对象就是NEW状态,而创建Thread对象主要有两种方法。

一种是继承Thread对象,重写run()方法。

// 自定义线程类
class MyThread extends Thread {
    @Override  
    public void run() {
        // 线程需要执行的代码
        ......
    }
}
// 创建线程对象
MyThread myThread = new MyThread();

二是实现Runnable接口,重写run()方法,并将该实现类作为Thread对象的参数。

// 实现 Runnable 接口
class Runner implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // 线程需要执行的代码
        ......
    }
}
// 创建线程对象
Thread thread = new Thread(new Runner());

NEW状态的线程是不会被操作系统调度的,因此不会执行。Java线程要执行,就必须转换到RUNNABLE状态。那么如何转到RUNNABLE状态呢?那就需要线程启动,即调用线程的start()方法。

MyThread myThread = new MyThread();
// 从 NEW 状态转换到 RUNNABLE 状态
myThread.start();

RUNNABLE——> TERMINATED

线程执行完 run()方法后,会自动转换到 TERMINATED 状态。
如果执行 run() 方法的时候异常抛出,也会导致线程终止。有时候我们需要强制中断 run() 方法的执行,可以发现Java 的 Thread 类里面倒是有个 stop()方法,但是该方法被标记为 @Deprecated,已经被弃用了。所以,正确的方式是调用 interrupt() 方法。

stop()方法和interrupt()方法的主要区别:

stop()方法会直接杀死线程。如果线程持有 ReentrantLock 锁,被 stop() 的线程并不会自动调用 ReentrantLock 的 unlock() 去释放锁,那其他线程将再也没机会获得 ReentrantLock 锁。这将会导致非常糟糕的结果。所以该方法已经被废弃。

而 interrupt() 方法就比较温柔,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。

线程是如何收到interrupt通知呢?有两种方式,一种是异常,一种是主动检测。

异常获取通知:

当线程 A 处于 WAITING、TIMED_WAITING 状态时,如果其他线程调用线程 A 的 interrupt() 方法,会使线程 A 返回到 RUNNABLE 状态,同时线程 A 的代码会触发 InterruptedException异常。
上面介绍状态转换时, WAITING、TIMED_WAITING 状态的触发条件,都是调用了 wait()、join()、sleep() 这样的方法。 我们看这些方法的签名,会发现它们都会throws InterruptedException 这个异常。这个异常的触发条件就是:其他线程调用了该线程的 interrupt() 方法。

当线程 A 处于 RUNNABLE 状态时,并且阻塞在java.nio.channels.InterruptibleChannel上时,如果其他线程调用线程 A 的 interrupt() 方法,线程 A 会触发 java.nio.channels.ClosedByInterruptException 这个异常;而阻塞在 java.nio.channels.Selector上时,如果其他线程调用线程 A 的 interrupt() 方法,线程 A 的 java.nio.channels.Selector会立即返回。(这种方式我还没有使用过暂时还不太明白,先写将这种触发方式写在这里)

主动检测获取通知

如果线程处于 RUNNABLE 状态,并且没有阻塞在某个 I/O 操作上,这时就得依赖线程 A 主动检测中断状态。如果其他线程调用线程 A 的 interrupt() 方法,那么线程 A 可以通过 isInterrupted() 方法,检测是不是自己被中断了。

小结

线程的生命周期以及各个状态的转换要好好掌握,这对于调试bug还是很有用的。

参考:
[1]极客时间专栏王宝令《Java并发编程实战》


相关文章

猜您喜欢

网友评论

Copyright 2020 www.26Edu.com 【二六软件站】 版权所有

声明:所有软件和文章来自软件开发商或者作者 如有异议 请与本站联系 点此查看联系方式