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线程的状态

黄文胜2024-10-272024-11-05

线程的状态有哪些？它是如何工作的？

线程（Thread）是并发编程的基础，也是程序执行的最小单元，它依托进程而存在。一个进程中可以包含多个线程，多线程可以共享一块内存空间和一组系统资源，因此线程之间的切换更加节省资源、更加轻量化，也因此被称为轻量级的进程。

当然，线程也是面试中常被问到的一个知识点，是程序员必备的基础技能，使用它可以有效地提高程序的整体运行速度。

典型回答

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，或者是排队等待CPU分配给它资源；
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(longtimeout)和Thread.join(longtimeout)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。

线程状态的源代码如下：

public enum State {
        /**
         * 新建状态，线程被创建出来，但尚未启动时的状态
         */
        NEW,

        /**
         * 就绪状态，表示可以运行的线程状态，它可能正在运行，或者是排队等待CPU分配给它资源
         */
        RUNNABLE,

        /**
         * 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
         */
        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，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
         */
        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(longtimeout)`和`Thread.join(longtimeout)`
         * 等这些方法时，它才会进入此状态
         */
        TIMED_WAITING,

        /**
         * 终止状态，表示线程已经执行完成
         */
        TERMINATED;
    }

线程工作模式是，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，执行流程如下图所示：

考点分析

线程一般会作为并发编程的起始问题，用于引出更多的关于并发编程的面试问题。当然对于线程的掌握程度也决定了你对并发编程的掌握程度，通常面试官还会问：

BLOCKED（阻塞等待）和 WAITING（等待）有什么区别？
start() 方法和 run() 方法有什么区别？
线程的优先级有什么用？该如何设置？
线程的常用方法有哪些？

知识扩展

1.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。

2.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！=nul1){
            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.llegalStateException；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。

3.线程优先级

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);
        }
    }

4.线程常用的方法

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，直到线程执行完为止
        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，再未使用**join()**时，代码如下:

public class ThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(()->{
            for (int i=1;i<6;i++){
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                }catch (InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("子线程休眠："+i+"秒");
            }
        });
        //开启线程
        thread.start();
        //主线程执行
        for(int i=1;i<4;i++){
            try {
                Thread.sleep(1000);
            }catch (InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("主线程休眠："+i+"秒");
        }
    }
}

结果如下:

主线程休眠：1秒
子线程休眠：1秒
主线程休眠：2秒
子线程休眠：2秒
主线程休眠：3秒
子线程休眠：3秒
子线程休眠：4秒
子线程休眠：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("子线程休眠："+i+"秒");
            }
        });
        //开启线程
        thread.start();
        //等待子进程两秒钟
        thread.join(2000);
        //主线程执行
        for(int i=1;i<4;i++){
            try {
                Thread.sleep(1000);
            }catch (InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("主线程休眠："+i+"秒");
        }
    }
}

结果如下：

子线程休眠：1秒
子线程休眠：2秒
子线程休眠：3秒
主线程休眠：1秒
主线程休眠：2秒
子线程休眠：4秒
主线程休眠：3秒
子线程休眠：5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()

看 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：

1	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 class YieldExample {
    public static void main(String[] args) {
        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();
    }
}