Java并发系列(1)——线程状态/生命周期

本文主要讲线程在基于synchronized关键字，以及调用Thread类各个方法，各种情况下的一些状态。

线程有哪些状态？

在Thread类中有一个枚举State，描述线程的6个状态:

public enum State {
	NEW,
	RUNNABLE,
	WAITING,
	TIMED_WAITING,
	BLOCKED,
	TERMINATED
}

线程状态是如何改变的？

这里结合synchronized关键字，写的一个例子：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Object object = new Object();
    List<Thread> list = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        /**
         * 初始化线程对象，会设置线程组，父线程，线程优先级，是否是daemon线程
         */
        Thread t = new Thread(() -> {
            /**
             * 第三步：
             * 线程需要等待获取到锁，此时线程状态是 BLOCKED
             * 并将线程对象加入到synchronized锁内部的entrySet中
             * 详见子路老师的博客：https://blog.youkuaiyun.com/java_lyvee/article/details/110996764
             * PS：其实关于entrySet这个概念，我在jdk官方文档并没有找到，这里存质疑
             */
            synchronized (object) {
                /**
                 * 第六步：
                 * 各个线程都获取到了锁，并开始执行任务，此时状态是 RUNNABLE
                 * 注意：最后获取到锁的线程，反而最先执行！因为synchronized锁内部维护了一个entrySet，遵循后进先出的原则
                 */
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始任务..." + Thread.currentThread().getState().name());
                try {
                    /**
                     * 第七步：
                     * 各个线程开始释放锁，此时线程状态是 WAITING
                     * 此时线程对象会被加入到synchronized维护的waitSet中
                     * 详见jdk官方文档：https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se12/html/jls-17.html
                     */
                    object.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    /**
                     * 第十一步：
                     * 获取到锁，捕捉到中断异常，此时线程状态是： RUNNABLE
                     */
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束任务..." + Thread.currentThread().getState().name());
            }
        }, "线程" + i);
        list.add(t);
    }
    System.out.println();
    /**
     * 第一步
     * main线程获取到锁
     */
    synchronized (object) {
        for (Thread t : list) {
            /**
             * 第二步:
             * new了线程对象，那么此时线程状态是 NEW
             */
            System.out.println("启动前" + t.getName() + "状态：" + t.getState().name());
            /**
             * 启动线程，如果线程状态不是NEW，则会报IllegalThreadStateException异常
             * 调用本地方法start0() ----可下载openjdk源码，方法调用具体位置：src/hotspot/share/prims/jvm.cpp JVM_ENTRY()方法
             *    1.在C++层面会做一些校验，设置线程栈大小
             *    2.真正意义上创建一个线程(向操作系统申请创建线程)
             *    3.启动线程
             */
            t.start();
            /**
             * 由于启动线程，需要向操作系统申请创建线程，
             * 虽然操作系统的线程调度，是纳秒级别，但还是有可能新申请创建的线程，会延后才能真正创建好
             * 甚至有可能说，在main线程释放锁之后，操作系统的线程才被创建好，就可能状态直接会到 RUNNABLE
             * 故这里在debug的时候，可以进行一个睡眠
             * 读者可以屏蔽此代码，多增加线程数量进行测试，挺有意思的～
             */
            TimeUnit.NANOSECONDS.sleep(1);
            /**
             * 第三步:
             * 由于main线程已经获取到锁，5个子线程的run()都在等待获取锁，所以这时候线程状态是 BLOCKED
             */
            System.out.println("启动后" + t.getName() + "线程状态-------" + t.getState().name());
        }
        /**
         * 第四步，main线程执行完synchronized代码块之后，释放锁
         */
    }
    System.out.println();
    /**
     * 第八步：
     * main线程再次获取到锁
     */
    synchronized (object) {
        System.out.println();
        for (Thread t : list) {
            System.out.println("中断前" + t.getName() + "状态：" + t.getState().name());
            /**
             * 第九步：
             * 调用线程中断方法，此时线程状态 WAITING -> BLOCKED
             * 这里并没有使用 object.notify()或者object.notifyAll()唤醒线程
             * 因为这两个方法唤醒的线程是无法掌控的
             */
            t.interrupt();
            /**
             * 由于 interrupt() 也涉及到操作系统到线程调度，这里也需要短暂睡眠，否则线程状态无法及时更新打印
             */
            TimeUnit.NANOSECONDS.sleep(1);
            System.out.println("中断后" + t.getName() + "线程状态-------" + t.getState().name());
        }
        System.out.println();
        /**
         * 第十步，main线程执行完synchronized代码块之后，释放锁
         */
    }
}

运行结果：

启动前线程0状态：NEW
启动后线程0线程状态-------BLOCKED
启动前线程1状态：NEW
启动后线程1线程状态-------BLOCKED
启动前线程2状态：NEW
启动后线程2线程状态-------BLOCKED
启动前线程3状态：NEW
启动后线程3线程状态-------BLOCKED
启动前线程4状态：NEW
启动后线程4线程状态-------BLOCKED

线程4开始任务...RUNNABLE
线程3开始任务...RUNNABLE
线程2开始任务...RUNNABLE
线程1开始任务...RUNNABLE
线程0开始任务...RUNNABLE

中断前线程0状态：WAITING
中断后线程0线程状态-------BLOCKED
中断前线程1状态：WAITING
中断后线程1线程状态-------BLOCKED
中断前线程2状态：WAITING
中断后线程2线程状态-------BLOCKED
中断前线程3状态：WAITING
中断后线程3线程状态-------BLOCKED
中断前线程4状态：WAITING
中断后线程4线程状态-------BLOCKED

线程4结束任务...RUNNABLE
线程3结束任务...RUNNABLE
线程2结束任务...RUNNABLE
线程1结束任务...RUNNABLE
线程0结束任务...RUNNABLE

如果读者有心看到此篇文章，建议把这个demo拷贝下来，多多进行测试和调试，把线程数设置大一些，比如50或者100，这里我是为了方便打印显示日志才设置的线程数为5.

线程状态图解

最终还是得来一张图作为总结：