寫在前面

在【高并發(fā)專題】中的《高并發(fā)之——線程與多線程》一文中，我們簡(jiǎn)單介紹了線程的生命周期和線程的幾個(gè)重要狀態(tài)，并以代碼的形式實(shí)現(xiàn)了線程是如何進(jìn)入各個(gè)狀態(tài)的。今天，我們就結(jié)合操作系統(tǒng)線程和編程語(yǔ)言線程再次深入探討線程的生命周期問題，線程的生命周期其實(shí)沒有我們想象的那么簡(jiǎn)單！！

理解線程的生命周期本質(zhì)上理解了生命周期中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)制就可以了。

接下來(lái)，我們分別就通用線程生命周期和Java語(yǔ)言的線程生命周期分別進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

通用的線程生命周期

通用的線程生命周期總體上可以分為五個(gè)狀態(tài)：初始狀態(tài)、可運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、休眠狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)。

我們可以簡(jiǎn)單的使用下圖來(lái)表示這五種狀態(tài)。

初始狀態(tài)

線程已經(jīng)被創(chuàng)建，但是不允許分配CPU執(zhí)行。需要注意的是：這個(gè)狀態(tài)屬于編程語(yǔ)言特有，這里指的線程已經(jīng)被創(chuàng)建，僅僅指在編程語(yǔ)言中被創(chuàng)建，在操作系統(tǒng)中，并沒有創(chuàng)建真正的線程。

可運(yùn)行狀態(tài)

線程可以分配CPU執(zhí)行。此時(shí)，操作系統(tǒng)中的線程被成功創(chuàng)建，可以分配CPU執(zhí)行。

運(yùn)行狀態(tài)

當(dāng)操作系統(tǒng)中存在空閑的CPU，操作系統(tǒng)會(huì)將這個(gè)空閑的CPU分配給一個(gè)處于可運(yùn)行狀態(tài)的線程，被分配到CPU的線程的狀態(tài)就轉(zhuǎn)換成了運(yùn)行狀態(tài)

休眠狀態(tài)

運(yùn)行狀態(tài)的線程調(diào)用一個(gè)阻塞的API（例如，以阻塞的方式讀文件）或者等待某個(gè)事件（例如，等待某個(gè)條件變量等），線程的狀態(tài)就會(huì)轉(zhuǎn)換到休眠狀態(tài)。此時(shí)線程會(huì)釋放CPU資源，休眠狀態(tài)的線程沒有機(jī)會(huì)獲得CPU的使用權(quán)。一旦等待的條件出現(xiàn)，線程就會(huì)從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換到可運(yùn)行狀態(tài)。

終止?fàn)顟B(tài)

線程執(zhí)行完畢或者出現(xiàn)異常就會(huì)進(jìn)入終止?fàn)顟B(tài)，終止?fàn)顟B(tài)的線程不會(huì)切換到其他任何狀態(tài)，這也意味著線程的生命周期結(jié)束了。

以上就是通用的線程生命周期，下面，我們?cè)倏磳?duì)比看下Java語(yǔ)言中的線程生命周期。

Java中的線程生命周期

Java中的線程生命周期總共可以分為六種狀態(tài)：初始化狀態(tài)（NEW）、可運(yùn)行/運(yùn)行狀態(tài)（RUNNABLE）、阻塞狀態(tài)（BLOCKED）、無(wú)時(shí)限等待狀態(tài)（WAITING）、有時(shí)限等待狀態(tài)（TIMED_WAITING）、終止?fàn)顟B(tài)（TERMINATED）。

需要大家重點(diǎn)理解的是：雖然Java語(yǔ)言中線程的狀態(tài)比較多，但是，其實(shí)在操作系統(tǒng)層面，Java線程中的阻塞狀態(tài)（BLOCKED）、無(wú)時(shí)限等待狀態(tài)（WAITING）、有時(shí)限等待狀態(tài)（TIMED_WAITING）都是一種狀態(tài)，即通用線程生命周期中的休眠狀態(tài)。也就是說(shuō)，只要Java中的線程處于這三種狀態(tài)時(shí)，那么，這個(gè)線程就沒有CPU的使用權(quán)。

理解了這些之后，我們就可以使用下面的圖來(lái)簡(jiǎn)單的表示Java中線程的生命周期。

我們也可以這樣理解阻塞狀態(tài)（BLOCKED）、無(wú)時(shí)限等待狀態(tài)（WAITING）、有時(shí)限等待狀態(tài)（TIMED_WAITING），它們是導(dǎo)致線程休眠的三種原因！

接下來(lái)，我們就看看Java線程中的狀態(tài)是如何轉(zhuǎn)化的。

RUNNABLE與BLOCKED的狀態(tài)轉(zhuǎn)換

只有一種場(chǎng)景會(huì)觸發(fā)這種轉(zhuǎn)換，就是線程等待synchronized隱式鎖。synchronized修飾的方法、代碼塊同一時(shí)刻只允許一個(gè)線程執(zhí)行，其他的線程則需要等待。此時(shí)，等待的線程就會(huì)從RUNNABLE狀態(tài)轉(zhuǎn)換到BLOCKED狀態(tài)。當(dāng)?shù)却木€程獲得synchronized隱式鎖時(shí)，就又會(huì)從BLOCKED狀態(tài)轉(zhuǎn)換到RUNNABLE狀態(tài)。

這里，需要大家注意：線程調(diào)用阻塞API時(shí)，在操作系統(tǒng)層面，線程會(huì)轉(zhuǎn)換到休眠狀態(tài)。但是在JVM中，Java線程的狀態(tài)不會(huì)發(fā)生變化，也就是說(shuō)，Java線程的狀態(tài)仍然是RUNNABLE狀態(tài)。JVM并不關(guān)心操作系統(tǒng)調(diào)度相關(guān)的狀態(tài)，在JVM角度來(lái)看，等待CPU使用權(quán)（操作系統(tǒng)中的線程處于可執(zhí)行狀態(tài)）和等待IO操作（操作系統(tǒng)中的線程處于休眠狀態(tài)）沒有區(qū)別，都是在等待某個(gè)資源，所以，將其都?xì)w入了RUNNABLE狀態(tài)。

我們平時(shí)所說(shuō)的Java在調(diào)用阻塞API時(shí)，線程會(huì)阻塞，指的是操作系統(tǒng)線程的狀態(tài)，并不是Java線程的狀態(tài)。

RUNNABLE與WAITING狀態(tài)轉(zhuǎn)換

線程從RUNNABLE狀態(tài)轉(zhuǎn)換成WAITING狀態(tài)總體上有三種場(chǎng)景。

場(chǎng)景一

獲得synchronized隱式鎖的線程，調(diào)用無(wú)參的Object.wait()方法。此時(shí)的線程會(huì)從RUNNABLE狀態(tài)轉(zhuǎn)換成WAITING狀態(tài)。

場(chǎng)景二

調(diào)用無(wú)參數(shù)的Thread.join()方法。其中join()方法是一種線程的同步方法。例如，在threadA線程中調(diào)用threadB線程的join()方法，則threadA線程會(huì)等待threadB線程執(zhí)行完。而threadA線程在等待threadB線程執(zhí)行的過程中，其狀態(tài)會(huì)從RUNNABLE轉(zhuǎn)換到WAITING。當(dāng)threadB執(zhí)行完畢，threadA線程的狀態(tài)則會(huì)從WAITING狀態(tài)轉(zhuǎn)換成RUNNABLE狀態(tài)。

場(chǎng)景三

調(diào)用LockSupport.park()方法，當(dāng)前線程會(huì)阻塞，線程的狀態(tài)會(huì)從RUNNABLE轉(zhuǎn)換成WAITING。調(diào)用LockSupport.unpark(Thread thread)可喚醒目標(biāo)線程，目標(biāo)線程的狀態(tài)又會(huì)從WAITING狀態(tài)轉(zhuǎn)換到RUNNABLE。

RUNNABLE與TIMED_WAITING狀態(tài)轉(zhuǎn)換

總體上可以分為五種場(chǎng)景。

場(chǎng)景一

調(diào)用帶超時(shí)參數(shù)的Thread.sleep(long millis)方法；

場(chǎng)景二

獲得synchronized隱式鎖的線程，調(diào)用帶超時(shí)參數(shù)的Object.wait(long timeout)參數(shù)；

場(chǎng)景三

調(diào)用帶超時(shí)參數(shù)的Thread.join(long millis)方法；

場(chǎng)景四

調(diào)用帶超時(shí)參數(shù)的LockSupport.parkNanos(Object blocker, long deadline)方法；

場(chǎng)景五

調(diào)用帶超時(shí)參數(shù)的LockSuppor.parkUntil(long deadline)方法。

從NEW到RUNNABLE狀態(tài)

Java剛創(chuàng)建出來(lái)的Thread對(duì)象就是NEW狀態(tài)，創(chuàng)建Thread對(duì)象主要有兩種方法，一種是繼承Thread對(duì)象，重寫run()方法；另一種是實(shí)現(xiàn)Runnable接口，重寫run()方法。

注意：這里說(shuō)的是創(chuàng)建Thread對(duì)象的方法，而不是創(chuàng)建線程的方法，創(chuàng)建線程的方法包含創(chuàng)建Thread對(duì)象的方法。

繼承Thread對(duì)象

public class ChildThread extends Thread{
    @Override
    public void run(){
        //線程中需要執(zhí)行的邏輯
    }
}
//創(chuàng)建線程對(duì)象
ChildThread childThread = new ChildThread();

實(shí)現(xiàn)Runnable接口

public class ChildRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run(){
        //線程中需要執(zhí)行的邏輯
    }
}
//創(chuàng)建線程對(duì)象
Thread childThread = new Thread(new ChildRunnable());

處于NEW狀態(tài)的線程不會(huì)被操作系統(tǒng)調(diào)度，因此也就不會(huì)執(zhí)行。Java中的線程要執(zhí)行，就需要轉(zhuǎn)換到RUNNABLE狀態(tài)。從NEW狀態(tài)轉(zhuǎn)換到RUNNABLE狀態(tài)，只需要調(diào)用線程對(duì)象的start()方法即可。

//創(chuàng)建線程對(duì)象
Thread childThread = new Thread(new ChildRunnable());
//調(diào)用start()方法使線程從NEW狀態(tài)轉(zhuǎn)換到RUNNABLE狀態(tài)
childThread.start();

RUNNABLE到TERMINATED狀態(tài)

線程執(zhí)行完run()方法后，或者執(zhí)行run()方法的時(shí)候拋出異常，都會(huì)終止，此時(shí)為TERMINATED狀態(tài)。如果我們需要中斷run()方法，可以調(diào)用interrupt()方法。

寫在最后

最后，附上并發(fā)編程需要掌握的核心技能知識(shí)圖，祝大家在學(xué)習(xí)并發(fā)編程時(shí)，少走彎路。