Java线程生命周期之旅

最新推荐文章于 2025-02-20 17:21:55 发布

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分类专栏： java 文章标签： java 多线程

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java线程生命周期

关于线程生命周期的不同状态，java5以后，线程状态已内部枚举类的方式明确定义在java.lang.Thread.State
1.新建(new)，表示该线程刚被创建还未真正启动，可认为其是java内部状态
2.就绪(RUNNABLE)，表示该线程已经在JVM中执行，由于执行需要资源，他可能处于正运行，也可能是等待系统分配给它CPU片段，在就绪队列里面
3.在其他一些分析中，会有额外区分一种状态RUNNING，但从JAVA API(内部线程状态枚举类)来说，并不能变现处理
4.阻塞(BLOCKED)，这个状态和同步相关，表示线程在等待获取Monitor lock来锁住资源供自己使用。如线程通过synchronized区获取某个锁，但是其他线程已经独占，那么该线程就处于阻塞。
5.等待(Waiting)，表示正在等待期限线程采取某些操作。场景如生产者消费者模式，发现任务条件不满足，就让消费者线程等待(Wait),然后生产者线程准备数据，输出结果，然后通过notify等动作，通知消费者可以继续工作。Thread.join()也会令线程进入WAITING.
6.计时等待(TIMED_WAIT)，其进入条件和等待状态类似，但是调用的是存在超时条件的方法，如wait或join等方法的指定超时版本。如下
public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;
7.终止(TERMINATED)，不管意外退出还是正常执行结束，线程已经完成。也叫死亡。

若线程被调用两次start()方法

java线程不允许启动两次，第二次比如抛出运行时IllegalThreadStateException，多次调用会被认为编译错误
第二次调用start()方法时，线程可能处于终止或其他(非new)状态。不论如何，都不可以再次被启动

知识扩展

线程

从OS角度，线程是系统调度最小单元，一个进程包含多个线程
作为任务真正运作者，有自己的栈(Stack)、寄存器(Register)、本地存储(Thread Local)等，但是回合进程内其他线程共享FileDescriptor、虚拟地址空间等
具体实现，分为内核线程、用户线程，java线程实现与JVM相关。如最熟悉的Sun/Oracle JDK，其线程经历演进，java1.2后，jdk抛弃所谓Green Thread(用户调度的线程)，现在的模型是一对一映射到OS内核线程
Thread源码

基本操作逻辑以JNI(java native interface)调用的本地代码

Runnable task = () -> {System.out.println("Hello World!");};
Thread myThread = new Thread(task);
myThread.start();
myThread.join();

上述实现利弊

优点：得益于java精细粒度的线程和相关并发操作，胜任构建高扩展大型应用。
缺点：其复杂性也提高了并发编程的门槛。

线程基本操作

1.创建、启动线程，执行join方法等待结束，Runnable不会受java不支持类多继承的限制，重用代码实现，提高代码复用。
Runnable task = () -> {System.out.println("Hello World!");};
Thread myThread = new Thread(task);
myThread.start();
myThread.join();
2.将上述逻辑start()和join()改成如下结构，提交task线程任务，线程创建、管理交由线程池，也能利用Future等机制更好处理执行结果。
Future future = Executors.newFixedThreadPool(1).submit(task).get();

影响线程状态因素

线程自身方法，除start(),还有多个join方法，等待线程结束；yield是告知调度器，主动让出CPU；另外，就是一些标记过时的resume、stop、suspend等，为了destroy、stop会被移除
基于Object提供的基础方法(wait/notify/notifyAll).如果我们持有某个对象的Monitor锁，调用wait会让当前线程处于WAITTING状态，直到其他线程notify或者notifyAll，本质上是提供Monitor的获取和释放的能力，是基本线程间通信方式
并发类库的工具，如CountDownLatch.await()会让当前线程进入等待状态，指定latch被基数为0，这可以看做线程间通信的Signal
线程状态转换与方法直接的对应图

API使用

守护线程(Daemon Thread),有时应用需要一个长期驻留的服务程序，不希望其影响应用退出，就可以将其设置为守护线程，如果jvm发现只有守护线程存在，将结束进程。
```
注意：必须在线程启动前设置
Thread daemonThread = new Thread();
daemonThread.setDaemon(true);
daemonThread.start();
```
Spurious wakeup ,多核CPU系统中，线程等待存在一种肯，即在无任何线程广播或发出信号情况下，线程被唤醒，如处理不当就会出现诡异并发问题，所以在在等待条件过程中，建议采用如下模式来写
```
// 推荐
while ( isCondition()) {
waitForAConfition(...);
}

// 不推荐，可能引入bug
if ( isCondition()) {
waitForAConfition(...);
}
```
Thread.opSpinWait,java9 中引入特性，用于自旋锁，自旋锁(spin-wait,busy-waitng，未获得锁，一直处于空转),也可以认为岂不是一种锁，而是一个针对短期等待的性能优化技术。“onSpinWait()”无任何行为保证，而是对jvm的暗示，jvm可能会利用CPU的pause指令进一步提高性能，性能敏感应用可以关注。

慎用ThreadLLocal(本地存储)，java提高保存线程私有的机制，在整个线程生命周期有效，方便地在一个线程关联的不同业务模块之间传递信息，如事务id，Cookie等上下文相关信息。其实现结构如下，数据存储于ThreadLocalMap，内部为弱引用

1.当key为null时，该条目为”废弃条目”，相关”value”的回收，往往依赖于几个关键点，即set,remove,rehash
static class ThreadLocalMap {
  static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
      /** The value associated with this ThreadLocal. */
      Object value;
      Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
          super(k);
      value = v;
      }
      }
   // …
}
2.set示例，具体逻辑在cleanSomeSlots 和 expungeStaleEntry 之中
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
  Entry[] tab = table;
  int len = tab.length;
  int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

  for (Entry e = tab[i];; …) {
      //…
      if (k == null) {
// 替换废弃条目
          replaceStaleEntry(key, value, i);
          return;
      }
       }

  tab[i] = new Entry(key, value);
  int sz = ++size;
//  扫描并清理发现的废弃条目，并检查容量是否超限
  if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
      rehash();// 清理废弃条目，如果仍然超限，则扩容（加倍）
}

结合java引用类型，发现一个特别地方，通常弱引用都会和引用队列配合清理机制，但是ThreadLocal(本地存储),是个例外。这意味废弃项目回收依赖于显式地触发，否则就要等线程结束，进而回收相应的ThreadLocalMap.这也是很多OOM来源。因此谨慎使用ThreadLocal，在使用后一定要自己负责remove，并且不要和线程池配合，因为worker线程往往不会退出，仍然会造成OOM.