细说Java多线程系列（1.2）线程状态及其切换

灰太狼 2022-12-21 14:53 103阅读 0赞

### 细说Java多线程系列（1.2）线程状态及其切换 ###

*   *   *  前言
         *  线程的状态
         *   *  操作系统中的线程
             *  Java中的线程
             *   *  New
                 *  Runnable
                 *  Blocked
                 *  Waiting
                 *  Timed\_Waiting
                 *  Terminated
         *  线程状态的切换

### 前言 ###

上次说了与线程有关的概念，以及创建线程的方式，今天我们来聊一聊线程的状态与切换。

注：使用的jdk版本为11.0.6

### 线程的状态 ###

众所周知，线程是有状态的。这里要注意将**Java**中的线程状态与**操作系统**中的线程状态进行区分。很多文章都将Java中的线程与操作系统中的线程混为一谈，容易让人产生“Java线程与操作系统线程是一样的”这种错误认识。实际上，虽然Java中的进程最后也会落到操作系统层面上实现，但是两者设计的出发点有着根本不同。

#### 操作系统中的线程 ####

就以线程的状态来说，Java源码中定义的线程状态有六种；但是在操作系统中，由于线程被视为轻量级进程，因此操作系统的线程状态与进程状态是一致的。

注：进程的状态有五种：新生状态（New）、终止状态（Exit或者叫Terminated）、执行状态（Running）、就绪状态（Ready）、阻塞状态（Blocked）。而线程的状态我在书上没有看到有特别明确的说明，网上的资料中也有很多将线程的Blocked状态叫成Waiting的，表达的都是一个意思。

![2.1][]

以上图为例子，抛去New和Terminated不谈，在操作系统中，一个创建好的线程自然而然进入Ready（就绪）状态，表示万事俱备，只等待CPU的调度；而Running（运行）状态则表示线程正在被CPU调度中，调度结束（时间片用完）后，如果任务结束就进入Terminated状态，否则回到Ready状态。Waiting（等待）状态则表示线程在等待某些资源（比如IO资源），在获得这些资源之前调度它也没用，只有获得之后才会转入Ready状态等待调度。

可以发现，操作系统中的线程状态，是基于CPU来定义的。只有将会被CPU调度、正在被CPU调度、不会被CPU调度三种状态。不会被CPU调度的线程一律打为Waiting，但是Java中的划分却不是这样。

#### Java中的线程 ####

我们查看Java源码，可以看到Java中的线程一共有六种状态：

![2.2][]

##### New #####

源码中的注释：

/** * Thread state for a thread which has not yet started. * 一种“尚未启动”的线程状态 */

New：指的是此时线程已经被创建出来了，但是还没有调用线程的start()方法，因此还没有启动。

Thread thread4 = new Thread(()->{ 
         for(int i = 0;i < 10;i ++){ 
             System.out.println("lambda:" + Thread.currentThread().getName());
         }
     });
    // thread4.start();
    //打印出来的状态为NEW
     System.out.println("state: " + thread4.getState());

##### Runnable #####

源码中的注释：

/** * Thread state for a runnable thread. A thread in the runnable * state is executing in the Java virtual machine but it may * be waiting for other resources from the operating system * such as processor. * 一种“可运行”的线程状态 * 一个处于“可运行”状态中的线程正在Java虚拟机中执行着，但是它可能在等待来自操作系统的其他资源，比如处理器 */

Runnable：此时线程正在**Java虚拟机**中运行。

注释里表达得很清楚了：在Java虚拟机中运行，并不一定表示在操作系统中也正运行。Runnable（可运行）是针对Java虚拟机来说的；一个Runnable的线程，到了操作系统层面，可能是Running（CPU调度中），也可能是Ready（等待CPU调度），甚至可能是Waiting（等待IO资源）。

Java提供了一个yield()方法用于让出时间片，这样线程可以从Running状态变为Ready状态；因此一般谈到Runnable状态时，常常把它分成两个小状态：Running和Ready，但是**Java中并没有这两个状态！！！**

##### Blocked #####

源码中的注释：

/** * Thread state for a thread blocked waiting for a monitor lock. * 一种“线程正阻塞着等待一个监视器的锁”的线程状态（即阻塞状态） * A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock * to enter a synchronized block/method or * reenter a synchronized block/method after calling * {@link Object#wait() Object.wait}. * 一个线程处于“阻塞”状态，是正在等着一个监视器的锁，以进入一个同步代码块/方法， * 或者在其调用了Object.wait()方法后，重新进入一个同步代码块/方法 */

Blocked：此时线程正在等待监视器的锁，以进入synchronized代码块或方法

通过注释可以发现，Blocked状态是与synchronized关键字息息相关的一种状态。Java中还有其他的锁，其原理与synchronized完全不同，因此调用其他锁时，虽然分析上说线程是“阻塞”的，但是实际上并没有进入Blocked状态。也就是说，我们平时讨论的“阻塞”，是相对于锁来说，而Java线程的“阻塞状态”，仅限于synchronized的锁。

##### Waiting #####

源码中的注释：

/** * Thread state for a waiting thread. * 一种“等待中”的线程状态 * A thread is in the waiting state due to calling one of the * following methods: * <ul> * <li>{@link Object#wait() Object.wait} with no timeout</li> * <li>{@link #join() Thread.join} with no timeout</li> * <li>{@link LockSupport#park() LockSupport.park}</li> * </ul> * 一个线程处于“等待中”状态，是由于调用了以下方法之一： * 1.没有时间限制的 Object.wait() 2. 没有时间限制的 Thread.join() 3.LockSupport.park() * * <p>A thread in the waiting state is waiting for another thread to * perform a particular action. * * For example, a thread that has called {@code Object.wait()} * on an object is waiting for another thread to call * {@code Object.notify()} or {@code Object.notifyAll()} on * that object. A thread that has called {@code Thread.join()} * is waiting for a specified thread to terminate. * 一个处于“等待中”状态的线程正在等着其他线程完成特定操作 * 例如，一个线程调用了某个对象的Object.wait()方法， * 意味着它在等待另一个线程调用同一个对象的Object.notify()或者Objcet.notifyAll()方法 * 一个线程调用了Thread.join()方法，意味着它在等待这个（插入进来的）线程终止。 */

Waiting：此时线程正在等待其他线程做出特定操作。

可以看到，只有三种情况会进入Waiting状态，对应不同的情况，线程所等待的特定操作也不同

1.  调用没有时间限制的 Object.wait()：等待其他线程调用同一对象的Object.notify()或Objcet.notifyAll()
2.  没有时间限制的 Thread.join()：等待插入进来的线程终止
3.  LockSupport.park()：等待获取到LockSupport.unpark()对本线程的许可

##### Timed\_Waiting #####

源码中的注释：

/** * Thread state for a waiting thread with a specified waiting time. * A thread is in the timed waiting state due to calling one of * the following methods with a specified positive waiting time: * <ul> * <li>{@link #sleep Thread.sleep}</li> * <li>{@link Object#wait(long) Object.wait} with timeout</li> * <li>{@link #join(long) Thread.join} with timeout</li> * <li>{@link LockSupport#parkNanos LockSupport.parkNanos}</li> * <li>{@link LockSupport#parkUntil LockSupport.parkUntil}</li> * </ul> * 一种“在指定时间内等待”的线程状态（即超时等待） * 一个线程处于“超时等待”状态，是由于调用了以下指定等待时间的方法： * 1.Thread.sleep() 2.有时间限制的Object.wait() 3.有时间限制的Thread.join() * 4.LockSupport.parkNanos() 5.LockSupport.parkUntil() */

Timed\_Waiting：此时线程在等待指定时间结束

有五种情况会进入到Timed\_Waiting：

1.  Thread.sleep()：等待一定时间后结束Timed\_Waiting状态
2.  有时间限制的Object.wait()：等待一定时间后结束，或者wait()方法所等待的特定操作出现了，也会结束
3.  有时间限制的Thread.join()：等待一定时间后结束，或者join()方法所等待的特定操作出现了，也会结束
4.  LockSupport.parkNanos()：等待一定时间后结束，时间单位为纳秒
5.  LockSupport.parkUntil()：等待到某个时间后结束，时间单位为毫秒

##### Terminated #####

源码中的注释：

/** * Thread state for a terminated thread. * 一种“已终止”的线程状态 * The thread has completed execution. * 线程已经完成了执行 */

Terminated：此时线程已经执行完毕

可以发现，Java中的线程状态，是针对于JVM，或者说系统资源来定义的。对于JVM来说，只要有系统资源（CPU、IO资源等）在为线程服务，线程就是运行着的。处于非运行状态的线程，Java做了更详细的划分：

1.  等待synchronized的锁：Blocked
2.  不等待synchronized的锁，且没有时间限制：Waiting
3.  不等待synchronized的锁，有时间限制：Timed\_Waiting

### 线程状态的切换 ###

读完上面的内容，相信大家对Java线程的各个状态都了解了，记住线程状态怎么切换自然也不难。

为了展示得更清晰，给大家画了一个图：

![2.3][]

网上还有一些示意图，将调用Object.notify()/Objcet.notifyAll()之后的箭头直接指向了Blocked状态，这是因为Object.wait()方法必须在synchronized代码/方法中调用（wait方法的目的就是释放监视器的锁，这当然要先获得一个监视器的锁）；这意味着在Object.notify()/Objcet.notifyAll()之后，线程仍要去尝试获取锁，线程有可能会变为Blocked状态。  
我猜想应该先转为Runnable去尝试获取锁，如果直接获取到了自然不会Blocked了。但是也有不同的说法，还需要去查查别的资料。

至于这些线程相关的方法，留到下一篇再说。

参考资料：

[漫谈操作系统9 – 线程运行状态][9 _]

[Java线程和操作系统线程的关系][Java]

[操作系统层面和jvm层面的线程状态区别][jvm]

[Java中线程状态与IO的关系][Java_IO]

[操作系统层面和jvm层面的线程状态区别][jvm]

[Java中线程状态与IO的关系][Java_IO]

[Java线程状态][Java 1]

[2.1]: /images/20221120/5b0b4ca94cba4349a7a2862a0e365da8.png
[2.2]: /images/20221120/d5efec7e9faa46deb80a0bf4df9eb708.png
[2.3]: /images/20221120/3de082ef0f564c2bba8052ab42b14130.png
[9 _]: https://blog.csdn.net/Alex___Zhao/article/details/75137390
[Java]: https://blog.csdn.net/CringKong/article/details/79994511
[jvm]: https://blog.csdn.net/weixin_43965850/article/details/98785035
[Java_IO]: https://blog.csdn.net/qq_38244610/article/details/106106276
[Java 1]: https://my.oschina.net/goldenshaw?tab=newest&catalogId=3277710