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Java執行緒的6種狀態與生命週期是什麼

王林轉載: 2023-05-02 12:07:061431瀏覽

1.執行緒狀態（生命週期）

一個執行緒在給定的時間點只能處於一種狀態。

執行緒可以有以下6 種狀態：

New (新建立）：未啟動的執行緒；
Runnable (可運行）：可運行的線程，需要等待作業系統資源；
Blocked (被阻塞）：等待監視器鎖定而被阻塞的執行緒；
#Waiting (等待）：等待喚醒狀態，無限期地等待另一個執行緒喚醒；
#Timed waiting (計時等待）：在指定的等待時間內等待另一個執行緒執行操作的執行緒；
Terminated (被終止）：已退出的執行緒。

要確定一個執行緒的目前狀態，可呼叫getState 方法

#執行緒狀態關係圖

注意：虛線框（全大寫英文）的狀態為Java線程狀態。

Java執行緒的6種狀態與生命週期是什麼

2.操作執行緒狀態

2.1.新建立狀態（NEW）

就是實例化執行緒完成後，未啟動執行緒的狀態。

可透過三種方式建立執行緒

重寫Thread類別run()方法
實作Runnable介面
實作Callable介面

一個簡單的範例概括三種方式

public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        /**
         * 1.直接重写run() 或继承Thread类再重写run()
         */
        Thread thread = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("Thread");
            }
        };
        // 开启线程
        thread.start();

        /**
         * 2.lambda、内部类或线程类方式实现Runnable接口，实现run()方法
         * 再交给Thread 类
         */
        Thread runThread = new Thread(() -> {
            System.out.println("Runnable");
        });
        // 开启线程
        runThread.start();

        /**
         * 3.lambda、内部类或线程类方式实现Callable接口，实现call()方法
         * 再交给Thread 类：FutureTask本质也是Runnable实现类
         */
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(() -> {
            System.out.println("Callable");
            return "CallableThread";
        });
        Thread callThread = new Thread(futureTask);
        // 开启线程
        callThread.start();
        // 获取call()方法的返回值
        String s = futureTask.get();
        System.out.println("call()方法的返回值："+s);
    }

}

不重寫run() 或call()方法直接實例化Thread類別所建立的執行緒沒有實際意義；

只有Callable方式所建立的執行緒可以取得執行緒的回傳值。

2.2.可運行狀態（RUNNABLE）

該狀態指的是執行緒實例化物件呼叫start()方法後進入的狀態。執行緒處於可以運作狀態，如果有處理器等資源，就可以執行程式。

該狀態在作業系統層面包含兩個步驟：執行緒就緒和執行緒執行中，但在Java執行緒狀態中，這兩個步驟都統稱為Runnable（可執行）狀態。

線程由就緒狀態變成運行狀態，重點就看你的線程有沒有搶到CPU資源（CPU時間片），誰搶到就運行，沒搶到就等。因為CPU時間片（執行時間）非常短，大概十幾毫秒，所以線程切換的這個時間是非常短的，就緒狀態變成運行狀態的時間也非常短，在開發時幾乎感覺不到這種狀態的變化，所以在Java中將兩者看作是一個整體，重點關注線程可否運行並區別於其他狀態即可，更進一步簡化線程的開發。如果你的程式要運行很久（例如寫個死循環），在一個CPU時間片內沒有執行完成，那麼你的線程就要搶下一次的CPU時間片，搶到了才可以繼續執行程序，沒搶到那就要繼續搶，直到線程中的程式執行完成。

其實這個場景應該都見過，例如多個執行緒執行同一個程序，都將日誌印到同一個檔案時，就會出現不同執行緒的日誌混在了一起的情況，不利於排查問題。解決這種問題常見的方法有：一是分線程列印日誌到不同檔案；二是將日誌資訊儲存到字串物件中，在程式的最後將日誌資訊一次列印到檔案。第二種方式就是利用CPU的一個時間片來完成日誌資訊的列印。

注意：程式只能對新建狀態的執行緒呼叫start()方法，不要對處於非新建狀態的執行緒呼叫start() 方法，這都會引發IllegalThreadStateException例外。

2.3.被阻塞狀態（BLOCKED）

執行緒處於等待監視器鎖定而被阻塞的狀態。有一個線程獲取了鎖未釋放，其他線程也來獲取，但發現獲取不到鎖也進入了被阻塞狀態。

被阻塞狀態只存在於多執行緒並發存取下，區別於後面兩種因執行緒自己進入」等待「而導致的阻塞。

進入狀態

進入synchronized 程式碼區塊/方法
未取得到鎖定

退出狀態

取得到監視器鎖定

2.4.等待喚醒狀態（WAITING）

整個流程是這樣的：執行緒在某個物件的同步方法中先取得到物件鎖定；在執行wait方法時，該執行緒將釋放物件鎖定，並且該執行緒被放入到這個物件的等待佇列；等待另一個執行緒取得到同一個物件的鎖，然後透過notify() 或notifyAll() 方法喚醒物件等待佇列中的執行緒。

從整個流程可以知道

wait (),notify () 和notifyAll () 方法需要在執行緒取得到鎖的情況下才可以繼續執行，所以這三個方法都需要放在同步程式碼區塊/方法中執行，否則報異常：java.lang.IllegalMonitorStateException。

在同步代码块中，线程进入WAITING 状态时，锁会被释放，不会导致该线程阻塞。反过来想下，如果锁没释放，那其他线程就没办法获取锁，也就没办法唤醒它。

进入状态

object.wait()
thread.join()
LockSupport.park()

退出状态

object.notify()
object.notifyall()
LockSupport.unpark()

2.5.计时等待状态（TIMED_WAITING）

一般是计时结束就会自动唤醒线程继续执行后面的程序，对于Object.wait(long) 方法还可以主动通知唤醒。

注意：Thread类下的sleep() 方法可以放在任意地方执行；而wait(long) 方法和wait() 方法一样，需要放在同步代码块/方法中执行，否则报异常：java.lang.IllegalMonitorStateException。

进入状态

Thread.sleep(long)
Object.wait(long)
Thread.join(long)
LockSupport.parkNanos(long)
LockSupport.parkNanos(Object blocker, long nanos)
LockSupport.parkUntil(long)
LockSupport.parkUntil(Object blocker, long deadline)

注：blocker 参数为负责此线程驻留的同步对象。

退出状态

计时结束
LockSupport.unpark(Thread)
object.notify()
object.notifyall()

2.6.终止（TERMINATED）

线程执行结束

run()/call() 执行完成
stop()线程
错误或异常>>意外死亡

stop() 方法已弃用。

3.查看线程的6种状态

通过一个简单的例子来查看线程出现的6种状态。

案例

public class Demo3 {
    private static Object object ="obj";
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        Thread thread0 = new Thread(() -> {
            try {
                // 被阻塞状态（BLOCKED）
                synchronized (object){
                    System.out.println("thread0 进入：等待唤醒状态（WAITING）");
                    object.wait();
                    System.out.println("thread0 被解除完成：等待唤醒状态（WAITING）");
                }
                System.out.println("thread0 "+Thread.currentThread().getState());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        // 新创建状态（NEW）
        System.out.println(thread0.getName()+"："+thread0.getState());

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            try {
                System.out.println("thread1 进入：计时等待状态（TIMED_WAITING）");
                Thread.sleep(2);
                System.out.println("thread1 出来：计时等待状态（TIMED_WAITING）");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            // 被阻塞状态（BLOCKED）
            synchronized (object){
                System.out.println("thread1 解除：等待唤醒状态（WAITING）");
                object.notify();
                System.out.println("thread1 解除完成：等待唤醒状态（WAITING）");
            }
            System.out.println("thread1 "+Thread.currentThread().getState());
        });
        // 新创建状态（NEW）
        System.out.println(thread1.getName()+"："+thread1.getState());

        printState(thread0);
        printState(thread1);

        // 可运行状态（RUNNABLE）
        thread0.start();
        // 可运行状态（RUNNABLE）
        thread1.start();

    }
    
    
    // 使用独立线程来打印线程状态
    private static void printState(Thread thread) {
        new Thread(()->{
            while (true){
                System.out.println(thread.getName()+"："+thread.getState());
                if (thread.getState().equals(Thread.State.TERMINATED)){
                    System.out.println(thread.getName()+"："+thread.getState());
                    break;
                }
            }
        }).start();
    }
}

执行结果：简化后的输出结果

Thread-0：NEW
Thread-1：NEW
Thread-0：RUNNABLE
Thread-1：RUNNABLE
thread0 进入：等待唤醒状态（WAITING）
Thread-1：BLOCKED
thread1 进入：计时等待状态（TIMED_WAITING）
Thread-0：BLOCKED
Thread-0：WAITING
……
Thread-0：WAITING
Thread-1：BLOCKED
Thread-1：TIMED_WAITING
……
Thread-1：TIMED_WAITING
Thread-1：BLOCKED
……
Thread-1：BLOCKED
Thread-0：WAITING
……
Thread-0：WAITING
thread1 出来：计时等待状态（TIMED_WAITING）
Thread-0：WAITING
Thread-1：BLOCKED
thread1 解除：等待唤醒状态（WAITING）
Thread-1：BLOCKED
Thread-0：WAITING
Thread-0：BLOCKED
thread1 解除完成：等待唤醒状态（WAITING）
Thread-1：BLOCKED
thread1 RUNNABLE
Thread-0：BLOCKED
Thread-1：TERMINATED
thread0 被解除完成：等待唤醒状态（WAITING）
Thread-0：BLOCKED
thread0 RUNNABLE
Thread-0：TERMINATED

Java執行緒的6種狀態與生命週期是什麼

最终的执行结果如图。

注意：因为案例中使用了独立线程来打印不同线程的状态，会出现状态打印稍微延迟的情况。

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