线程的状态有哪些?它是如何工作的?
线程的状态在 JDK 1.5 之后以枚举的方式被定义在 Thread 的源码中,它总共包含以下 6 个状态
NEW,新建状态,线程被创建出来,但尚未启动时的线程状态;
RUNNABLE,就绪状态,表示可以运行的线程状态,它可能正在运行,或者是在排队等待操作系统给它分配 CPU 资源;
BLOCKED,阻塞等待锁的线程状态,表示处于阻塞状态的线程正在等待监视器锁,比如等待执行 synchronized 代码块或者使用 synchronized 标记的方法;
WAITING,等待状态,一个处于等待状态的线程正在等待另一个线程执行某个特定的动作,比如,一个线程调用了 Object.wait() 方法,那它就在等待另一个线程调用 Object.notify() 或 Object.notifyAll() 方法;
TIMED_WAITING,计时等待状态,和等待状态(WAITING)类似,它只是多了超时时间,比如调用了有超时时间设置的方法 Object.wait(long timeout) 和 Thread.join(long timeout) 等这些方法时,它才会进入此状态;
TERMINATED,终止状态,表示线程已经执行完成
线程状态的源码
public enum State {
/**
* 新建状态,线程被创建出来,但尚未启动时的线程状态
*/
NEW,
/**
* 就绪状态,表示可以运行的线程状态,但它在排队等待来自操作系统的 CPU 资源
*/
RUNNABLE,
/**
* 阻塞等待锁的线程状态,表示正在处于阻塞状态的线程
* 正在等待监视器锁,比如等待执行 synchronized 代码块或者
* 使用 synchronized 标记的方法
*/
BLOCKED,
/**
* 等待状态,一个处于等待状态的线程正在等待另一个线程执行某个特定的动作。
* 例如,一个线程调用了 Object.wait() 它在等待另一个线程调用
* Object.notify() 或 Object.notifyAll()
*/
WAITING,
/**
* 计时等待状态,和等待状态 (WAITING) 类似,只是多了超时时间,比如
* 调用了有超时时间设置的方法 Object.wait(long timeout) 和
* Thread.join(long timeout) 就会进入此状态
*/
TIMED_WAITING,
/**
* 终止状态,表示线程已经执行完成
*/
}
线程的工作模式
首先先要创建线程并指定线程需要执行的业务方法,然后再调用线程的
start()
方法,此时线程就从NEW(新建)
状态变成了RUNNABLE(就绪)
状态,此时线程会判断要执行的方法中有没有synchronized
同步代码块,如果有并且其他线程也在使用此锁,那么线程就会变为BLOCKED(阻塞等待)
状态,当其他线程使用完此锁之后,线程会继续执行剩余的方法。
当遇到Object.wait()
或Thread.join()
方法时,线程会变为WAITING(等待状态)
状态,如果是带了超时时间的等待方法,那么线程会进入TIMED_WAITING(计时等待)
状态,当有其他线程执行了notify()
或notifyAll()
方法之后,线程被唤醒继续执行剩余的业务方法,直到方法执行完成为止,此时整个线程的流程就执行完了
BLOCKED 和 WAITING 的区别?
虽然 BLOCKED 和 WAITING 都有等待的含义,但二者有着本质的区别,首先它们状态形成的调用方法不同,其次 BLOCKED 可以理解为当前线程还处于活跃状态,只是在阻塞等待其他线程使用完某个锁资源;而
WAITING
则是因为自身调用了Object.wait()
或着是Thread.join()
又或者是LockSupport.park()
而进入等待状态,只能等待其他线程执行某个特定的动作才能被继续唤醒,比如当线程因为调用了Object.wait()
而进入WAITING 状态
之后,则需要等待另一个线程执行Object.notify()
或Object.notifyAll()
才能被唤醒
start() 和 run() 的区别?
首先从 Thread 源码来看,start() 方法属于 Thread 自身的方法,并且使用了 synchronized 来保证线程安全,源码如下
public synchronized void start() {
// 状态验证,不等于 NEW 的状态会抛出异常
if (threadStatus != 0)
throw new IllegalThreadStateException();
// 通知线程组,此线程即将启动
group.add(this);
boolean started = false;
try {
start0();
started = true;
} finally {
try {
if (!started) {
group.threadStartFailed(this);
}
} catch (Throwable ignore) {
// 不处理任何异常,如果 start0 抛出异常,则它将被传递到调用堆栈上
}
}
}
run()
方法为 Runnable
的抽象方法,必须由调用类重写此方法,重写的 run()
方法其实就是此线程要执行的业务方法,源码如下
public class Thread implements Runnable {
// 忽略其他方法......
private Runnable target;
@Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}
}
@FunctionalInterface
public interface Runnable {
public abstract void run();
}
从执行的效果来说,
start()
方法可以开启多线程,让线程从NEW
状态转换成RUNNABLE
状态,而run()
方法只是一个普通的方法。其次,它们可调用的次数不同,start()
方法不能被多次调用,否则会抛出java.lang.IllegalStateException
;而run()
方法可以进行多次调用,因为它只是一个普通的方法而已
线程的优先级
在 Thread 源码中和线程优先级相关的属性有 3 个
// 线程可以拥有的最小优先级
public final static int MIN_PRIORITY = 1;
// 线程默认优先级
public final static int NORM_PRIORITY = 5;
// 线程可以拥有的最大优先级
public final static int MAX_PRIORITY = 10
线程的优先级可以理解为线程抢占 CPU 时间片的概率,优先级越高的线程优先执行的概率就越大,但
并不能保证
优先级高的线程一定先执行
在程序中我们可以通过 Thread.setPriority() 来设置优先级,setPriority() 源码如下
public final void setPriority(int newPriority) {
ThreadGroup g;
checkAccess();
// 先验证优先级的合理性
if (newPriority > MAX_PRIORITY || newPriority < MIN_PRIORITY) {
throw new IllegalArgumentException();
}
if((g = getThreadGroup()) != null) {
// 优先级如果超过线程组的最高优先级,则把优先级设置为线程组的最高优先级
if (newPriority > g.getMaxPriority()) {
newPriority = g.getMaxPriority();
}
setPriority0(priority = newPriority);
}
}
线程的常用方法
- join()
在一个线程中调用 other.join()
,这时候当前线程会让出执行权给 other 线程,直到 other 线程执行完或者过了超时时间之后再继续执行当前线程,join() 源码如下
public final synchronized void join(long millis)
throws InterruptedException {
long base = System.currentTimeMillis();
long now = 0;
// 超时时间不能小于 0
if (millis < 0) {
throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
}
// 等于 0 表示无限等待,直到线程执行完为之
if (millis == 0) {
// 判断子线程 (其他线程) 为活跃线程,则一直等待
while (isAlive()) {
wait(0);
}
} else {
// 循环判断
while (isAlive()) {
long delay = millis - now;
if (delay <= 0) {
break;
}
wait(delay);
now = System.currentTimeMillis() - base;
}
}
}
从源码中可以看出
join()
方法底层还是通过wait()
方法来实现的
例如,在未使用 join() 时,代码如下
public class ThreadExample {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new Thread(() -> {
for (int i = 1; i < 6; i++) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("子线程睡眠:" + i + "秒。");
}
});
thread.start(); // 开启线程
// 主线程执行
for (int i = 1; i < 4; i++) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("主线程睡眠:" + i + "秒。");
}
}
}
程序执行结果为
主线程睡眠:1秒。
子线程睡眠:1秒。
主线程睡眠:2秒。
子线程睡眠:2秒。
主线程睡眠:3秒。
子线程睡眠:3秒。
子线程睡眠:4秒。
子线程睡眠:5秒。
从结果可以看出,在未使用 join() 时主子线程会交替执行
然后我们再把 join() 方法加入到代码中,代码如下
public class ThreadExample {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new Thread(() -> {
for (int i = 1; i < 6; i++) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("子线程睡眠:" + i + "秒。");
}
});
thread.start(); // 开启线程
thread.join(2000); // 等待子线程先执行 2 秒钟
// 主线程执行
for (int i = 1; i < 4; i++) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("主线程睡眠:" + i + "秒。");
}
}
}
程序执行结果为
子线程睡眠:1秒。
子线程睡眠:2秒。
主线程睡眠:1秒。
// thread.join(2000); 等待 2 秒之后,主线程和子线程再交替执行
子线程睡眠:3秒。
主线程睡眠:2秒。
子线程睡眠:4秒。
子线程睡眠:5秒。
主线程睡眠:3秒。
从执行结果可以看出,添加 join() 方法之后,主线程会先等子线程执行 2 秒之后才继续执行
- yield()
Thread 的源码可以知道 yield() 为本地方法,也就是说 yield() 是由 C 或 C++ 实现的,源码如下
public static native void yield();
yield()方法
表示给线程调度器一个当前线程愿意出让 CPU 使用权的暗示,但是线程调度器可能会忽略这个暗示
比如我们执行这段包含了 yield() 方法的代码,如下所示
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("线程:" +
Thread.currentThread().getName() + " I:" + i);
if (i == 5) {
Thread.yield();
}
}
}
};
Thread t1 = new Thread(runnable, "T1");
Thread t2 = new Thread(runnable, "T2");
t1.start();
t2.start();
}
当我们把这段代码执行多次之后会发现,每次执行的结果都不相同,这是因为 yield() 执行非常不稳定,线程调度器不一定会采纳 yield() 出让 CPU 使用权的建议,从而导致了这样的结果