Java并发编程（十二）：只谈blocked、waiting和timed_waiting

大家好，我是欧阳方超，微信公众号同名。

1 概述

Java中线程的状态有六种，我们这里先讨论blocked、waiting和timed_waiting这三种，因为我感觉这三种不好理解。

2 三种状态

2.1 blocked

2.1.1 含义与触发条件

blocked（阻塞）是线程的状态之一。线程进入blocked状态通常是因为它在等待获取一个有synchronized关键字保护的对象的锁，此时该线程被暂时阻止执行期后续代码。简单说就是求锁而不得。

2.1.2 CPU 时间片占用情况

线程处于blocked状态时，它不会占用CPU时间片。因为CPU时间片是分配给处于Runnable状态的线程，这些线程能够在CPU上执行指令。而blocked状态的线程在等待获取锁，它暂时无法执行，所以操作系统的线程调度器不会将CPU时间片分配给它。

2.2 waiting

2.2.1 含义与触发条件

线程在同步方法中主动调用了wait()方法后会处于waiting状态，此后它通常在等待另一个线程执行特定操作来唤醒它。最常见的情况是线程调用了Object.wait()、Thread.join()或者LockSupport.park()方法。这些方法会导致线程释放它持有的锁（如果有的话），并且暂停执行，进入waiting状态。

2.2.2 CPU 时间片占用情况

处于waiting状态的线程不会占用CPU时间片。因为线程已经主动暂停了自己的执行，等待某个条件被满足或者被其他线程唤醒。操作系统的线程调度器会将CPU时间片分配给其他处于runnable状态的线程，而不是这些处于等待状态的线程。例如，在生产者 - 消费者模型中，消费者线程在发现队列为空时调用Object.wait()方法进入waiting状态，此时它不会占用 CPU 资源，直到生产者线程生产了新的物品并调用Object.notify()或Object.notifyAll()方法唤醒消费者线程。

2.3 timed_waiting

2.3.1 状态含义及触发条件

timed_waiting状态类似于waiting状态，但有一个时间限制。线程进入这个状态通常是因为调用了带有超时参数的等待方法，如Object.wait(long timeout)、Thread.sleep(long millis)、LockSupport.parkNanos(long nanos)或者LockSupport.parkUntil(long deadline)。这些方法会使线程暂停执行一段特定的时间。

2.3.2 CPU 时间片占用情况

处于timed_waiting状态的线程同样不会占用 CPU 时间片。在等待时间结束之前，线程调度器会将 CPU 资源分配给其他可运行的线程。例如，当一个线程调用Thread.sleep(1000)（睡眠 1 秒）时，它会进入timed_waiting状态，在这 1 秒内，它不会占用 CPU 时间片，其他线程可以利用这些时间片进行执行。一旦睡眠时间结束，线程会从timed_waiting状态转换为runnable状态，此时就有机会再次获得 CPU 时间片并继续执行。

3 关于sleep()、wait()、yield()

这三个方法都能让出CPU时间片，似乎作用一样，但是又有什么区别呢。

• 产生的状态不同
  sleep()会将线程进入到timed_waiting状态（因为sleep()必须带上时间参数）；
  wait()会将线程进入到waiting或timed_waiting状态（因为wait()方法有带时间和不带时间参数两种）；
  yield()会将线程依然保持在runnable状态，因为它不保证会让出CPU。
• 对锁的处理
  sleep()不会释放锁；
  wait()会释放锁；
  yield()不会释放锁。
• 调用位置
  sleep()和yield()可以在任何地方调用
  wait()必须在同步块中调用
• 唤醒方式：
  sleep()时间到自动唤醒；
  wait()需要notify()/notifyAll()唤醒；
  yield()因为不保证让出CPU时间片，也就不确定什么时候唤醒，但是自动唤醒的。
• 使用场景：
  sleep()：暂时暂停执行；
  wait()：线程间协作；
  当线程执行不急迫时让出CPU。

4 总结

Java 线程的 blocked、waiting、timed_waiting 状态各有触发条件与特性。sleep、wait、yield 虽都可让 CPU，但在状态变化、锁处理、调用位置、唤醒方式及使用场景上均有差异，合理运用可优化多线程程序的同步、协作与资源利用。

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