Java基础:java线程状态

2019/03/07

java线程状态

线程的生命周期及五种基本状态

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上图中基本上囊括了Java中多线程各重要知识点。掌握了上图中的各知识点,Java中的多线程也就基本上掌握了。主要包括:

Java线程具有五中基本状态

新建状态(New):当线程对象对创建后,即进入了新建状态,如:Thread t = new MyThread();

就绪状态(Runnable):当调用线程对象的start()方法(t.start();),线程即进入就绪状态。处于就绪状态的线程,只是说明此线程已经做好了准备,随时等待CPU调度执行,并不是说执行了t.start()此线程立即就会执行;

运行状态(Running):当CPU开始调度处于就绪状态的线程时,此时线程才得以真正执行,即进入到运行状态。注:就 绪状态是进入到运行状态的唯一入口,也就是说,线程要想进入运行状态执行,首先必须处于就绪状态中;

阻塞状态(Blocked):处于运行状态中的线程由于某种原因,暂时放弃对CPU的使用权,停止执行,此时进入阻塞状态,直到其进入到就绪状态,才 有机会再次被CPU调用以进入到运行状态。根据阻塞产生的原因不同,阻塞状态又可以分为三种:

  • 1.等待阻塞:运行状态中的线程执行wait()方法,使本线程进入到等待阻塞状态;

  • 2.同步阻塞 – 线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用),它会进入同步阻塞状态;

  • 3.其他阻塞 – 通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时,线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时,线程重新转入就绪状态。

死亡状态(Dead):线程执行完了或者因异常退出了run()方法,该线程结束生命周期。

就绪状态转换为运行状态:当此线程得到处理器资源;

运行状态转换为就绪状态:当此线程主动调用yield()方法或在运行过程中失去处理器资源。

运行状态转换为死亡状态:当此线程线程执行体执行完毕或发生了异常。

此处需要特别注意的是:当调用线程的yield()方法时,线程从运行状态转换为就绪状态,但接下来CPU调度就绪状态中的哪个线程具有一定的随机性,因此,可能会出现A线程调用了yield()方法后,接下来CPU仍然调度了A线程的情况。

常用的线程函数

sleep(long millis)

在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠(暂停执行)

join():指等待t线程终止

join是Thread类的一个方法,启动线程后直接调用,即join()的作用是:“等待该线程终止”,这里需要理解的就是该线程是指的主线程等待子线程的终止。也就是在子线程调用了join()方法后面的代码,只有等到子线程结束了才能执行。

在很多情况下,主线程生成并起动了子线程,如果子线程里要进行大量的耗时的运算,主线程往往将于子线程之前结束,但是如果主线程处理完其他的事务后,需要用到子线程的处理结果,也就是主线程需要等待子线程执行完成之后再结束,这个时候就要用到join()方法了。

不加join:

class Thread1 extends Thread{
	private String name;
    public Thread1(String name) {
    	super(name);
       this.name=name;
    }
	public void run() {
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 线程运行开始!");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("子线程"+name + "运行 : " + i);
            try {
                sleep((int) Math.random() * 10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 线程运行结束!");
	}
}
 
public class Main {
 
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"主线程运行开始!");
		Thread1 mTh1=new Thread1("A");
		Thread1 mTh2=new Thread1("B");
		mTh1.start();
		mTh2.start();
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "主线程运行结束!");
 
	}

输出结果:

main主线程运行开始!
main主线程运行结束!
B 线程运行开始!
子线程B运行 : 0
A 线程运行开始!
子线程A运行 : 0
子线程B运行 : 1
子线程A运行 : 1
子线程A运行 : 2
子线程A运行 : 3
子线程A运行 : 4
A 线程运行结束!
子线程B运行 : 2
子线程B运行 : 3
子线程B运行 : 4
B 线程运行结束!
发现主线程比子线程早结束

加join:


public class Main {
 
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"主线程运行开始!");
		Thread1 mTh1=new Thread1("A");
		Thread1 mTh2=new Thread1("B");
		mTh1.start();
		mTh2.start();
		try {
			mTh1.join();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		try {
			mTh2.join();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "主线程运行结束!");
 
	}
}

运行结果:

main主线程运行开始!
A 线程运行开始!
子线程A运行 : 0
B 线程运行开始!
子线程B运行 : 0
子线程A运行 : 1
子线程B运行 : 1
子线程A运行 : 2
子线程B运行 : 2
子线程A运行 : 3
子线程B运行 : 3
子线程A运行 : 4
子线程B运行 : 4
A 线程运行结束!
主线程一定会等子线程都结束了才结束

yield():暂停当前正在执行的线程对象,并执行其他线程。

hread.yield()方法作用是:暂停当前正在执行的线程对象,并执行其他线程。

yield()应该做的是让当前运行线程回到可运行状态,以允许具有相同优先级的其他线程获得运行机会。因此,使用yield()的目的是让相同优先级的线程之间能适当的轮转执行。但是,实际中无法保证yield()达到让步目的,因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。

结论:yield()从未导致线程转到等待/睡眠/阻塞状态。在大多数情况下,yield()将导致线程从运行状态转到可运行状态,但有可能没有效果。可看上面的图。



class ThreadYield extends Thread{
    public ThreadYield(String name) {
        super(name);
    }
 
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 50; i++) {
            System.out.println("" + this.getName() + "-----" + i);
            // 当i为30时,该线程就会把CPU时间让掉,让其他或者自己的线程执行(也就是谁先抢到谁执行)
            if (i ==30) {
                this.yield();
            }
        }
	
}
}
 
public class Main {
 
	public static void main(String[] args) {
		
		ThreadYield yt1 = new ThreadYield("张三");
    	ThreadYield yt2 = new ThreadYield("李四");
        yt1.start();
        yt2.start();
	}
 
}

运行结果:

第一种情况:李四(线程)当执行到30时会CPU时间让掉,这时张三(线程)抢到CPU时间并执行。

第二种情况:李四(线程)当执行到30时会CPU时间让掉,这时李四(线程)抢到CPU时间并执行。

sleep()和yield()的区别

sleep()和yield()的区别):sleep()使当前线程进入停滞状态,所以执行sleep()的线程在指定的时间内肯定不会被执行;yield()只是使当前线程重新回到可执行状态,所以执行yield()的线程有可能在进入到可执行状态后马上又被执行。

sleep方法使当前运行中的线程睡眼一段时间,进入不可运行状态,这段时间的长短是由程序设定的,yield方法使当前线程让出CPU占有权,但让出的时间是不可设定的。实际上,yield()方法对应了如下操作:先检测当前是否有相同优先级的线程处于同可运行状态,如有,则把CPU的占有权交给此线程,否则,继续运行原来的线程。所以yield()方法称为“退让”,它把运行机会让给了同等优先级的其他线程

另外,sleep方法允许较低优先级的线程获得运行机会,但yield()方法执行时,当前线程仍处在可运行状态,所以,不可能让出较低优先级的线程些时获得 CPU 占有权。在一个运行系统中,如果较高优先级的线程没有调用sleep方法,又没有受到I\O阻塞,那么,较低优先级线程只能等待所有较高优先级的线程运行结束,才有机会运行。

setPriority(): 更改线程的优先级。

  • MIN_PRIORITY = 1
  • NORM_PRIORITY = 5
  • MAX_PRIORITY = 10

用法:

Thread4 t1 = new Thread4("t1");
Thread4 t2 = new Thread4("t2");
t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
t2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);

interrupt():

不要以为它是中断某个线程!它只是线线程发送一个中断信号,让线程在无限等待时(如死锁时)能抛出抛出,从而结束线程,但是如果你吃掉了这个异常,那么这个线程还是不会中断的!

wait()

Obj.wait(),与Obj.notify()必须要与synchronized(Obj)一起使用,也就是wait,与notify是针对已经获取了Obj锁进行操作,从语法角度来说就是Obj.wait(),Obj.notify必须在synchronized(Obj){…}语句块内。从功能上来说wait就是说线程在获取对象锁后,主动释放对象锁,同时本线程休眠。直到有其它线程调用对象的notify()唤醒该线程,才能继续获取对象锁,并继续执行。相应的notify()就是对对象锁的唤醒操作。但有一点需要注意的是notify()调用后,并不是马上就释放对象锁的,而是在相应的synchronized(){}语句块执行结束,自动释放锁后,JVM会在wait()对象锁的线程中随机选取一线程,赋予其对象锁,唤醒线程,继续执行。这样就提供了在线程间同步、唤醒的操作。Thread.sleep()与Object.wait()二者都可以暂停当前线程,释放CPU控制权,主要的区别在于Object.wait()在释放CPU同时,释放了对象锁的控制。

单单在概念上理解清楚了还不够,需要在实际的例子中进行测试才能更好的理解。对Object.wait(),Object.notify()的应用最经典的例子,应该是三线程打印ABC的问题了吧,这是一道比较经典的面试题,题目要求如下:

建立三个线程,A线程打印10次A,B线程打印10次B,C线程打印10次C,要求线程同时运行,交替打印10次ABC。这个问题用Object的wait(),notify()就可以很方便的解决。代码如下:


public class MyThreadPrinter2 implements Runnable {   
	  
    private String name;   
    private Object prev;   
    private Object self;   
  
    private MyThreadPrinter2(String name, Object prev, Object self) {   
        this.name = name;   
        this.prev = prev;   
        this.self = self;   
    }   
  
    @Override  
    public void run() {   
        int count = 10;   
        while (count > 0) {   
            synchronized (prev) {   
                synchronized (self) {   
                    System.out.print(name);   
                    count--;  
                    
                    self.notify();   
                }   
                try {   
                    prev.wait();   
                } catch (InterruptedException e) {   
                    e.printStackTrace();   
                }   
            }   
  
        }   
    }   
  
    public static void main(String[] args) throws Exception {   
        Object a = new Object();   
        Object b = new Object();   
        Object c = new Object();   
        MyThreadPrinter2 pa = new MyThreadPrinter2("A", c, a);   
        MyThreadPrinter2 pb = new MyThreadPrinter2("B", a, b);   
        MyThreadPrinter2 pc = new MyThreadPrinter2("C", b, c);   
           
           
        new Thread(pa).start();
        Thread.sleep(100);  //确保按顺序A、B、C执行
        new Thread(pb).start();
        Thread.sleep(100);  
        new Thread(pc).start();   
        Thread.sleep(100);  
        }   
}  


输出结果: ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC

先来解释一下其整体思路,从大的方向上来讲,该问题为三线程间的同步唤醒操作,主要的目的就是ThreadA->ThreadB->ThreadC->ThreadA循环执行三个线程。为了控制线程执行的顺序,那么就必须要确定唤醒、等待的顺序,所以每一个线程必须同时持有两个对象锁,才能继续执行。一个对象锁是prev,就是前一个线程所持有的对象锁。还有一个就是自身对象锁。主要的思想就是,为了控制执行的顺序,必须要先持有prev锁,也就前一个线程要释放自身对象锁,再去申请自身对象锁,两者兼备时打印,之后首先调用self.notify()释放自身对象锁,唤醒下一个等待线程,再调用prev.wait()释放prev对象锁,终止当前线程,等待循环结束后再次被唤醒。运行上述代码,可以发现三个线程循环打印ABC,共10次。程序运行的主要过程就是A线程最先运行,持有C,A对象锁,后释放A,C锁,唤醒B。线程B等待A锁,再申请B锁,后打印B,再释放B,A锁,唤醒C,线程C等待B锁,再申请C锁,后打印C,再释放C,B锁,唤醒A。看起来似乎没什么问题,但如果你仔细想一下,就会发现有问题,就是初始条件,三个线程按照A,B,C的顺序来启动,按照前面的思考,A唤醒B,B唤醒C,C再唤醒A。但是这种假设依赖于JVM中线程调度、执行的顺序。

wait和sleep区别

共同点:

    1. 他们都是在多线程的环境下,都可以在程序的调用处阻塞指定的毫秒数,并返回。
    1. wait()和sleep()都可以通过interrupt()方法 打断线程的暂停状态 ,从而使线程立刻抛出InterruptedException。 如果线程A希望立即结束线程B,则可以对线程B对应的Thread实例调用interrupt方法。如果此刻线程B正在wait/sleep /join,则线程B会立刻抛出InterruptedException,在catch() {} 中直接return即可安全地结束线程。 需要注意的是,InterruptedException是线程自己从内部抛出的,并不是interrupt()方法抛出的。对某一线程调用 interrupt()时,如果该线程正在执行普通的代码,那么该线程根本就不会抛出InterruptedException。但是,一旦该线程进入到 wait()/sleep()/join()后,就会立刻抛出InterruptedException 。

不同点:

    1. Thread类的方法:sleep(),yield()等 Object的方法:wait()和notify()等
    1. 每个对象都有一个锁来控制同步访问。Synchronized关键字可以和对象的锁交互,来实现线程的同步。 sleep方法没有释放锁,而wait方法释放了锁,使得其他线程可以使用同步控制块或者方法。
    1. wait,notify和notifyAll只能在同步控制方法或者同步控制块里面使用,而sleep可以在任何地方使用

所以sleep()和wait()方法的最大区别是:

  • msleep()睡眠时,保持对象锁,仍然占有该锁;
  • 而wait()睡眠时,释放对象锁。
  • 但是wait()和sleep()都可以通过interrupt()方法打断线程的暂停状态,从而使线程立刻抛出InterruptedException(但不建议使用该方法)。

sleep()方法

  • sleep()使当前线程进入停滞状态(阻塞当前线程),让出CUP的使用、目的是不让当前线程独自霸占该进程所获的CPU资源,以留一定时间给其他线程执行的机会;
  • sleep()是Thread类的Static(静态)的方法;因此他不能改变对象的机锁,所以当在一个Synchronized块中调用Sleep()方法是,线程虽然休眠了,但是对象的机锁并木有被释放,其他线程无法访问这个对象(即使睡着也持有对象锁)。
  • 在sleep()休眠时间期满后,该线程不一定会立即执行,这是因为其它线程可能正在运行而且没有被调度为放弃执行,除非此线程具有更高的优先级。

wait()方法

  • wait()方法是Object类里的方法;当一个线程执行到wait()方法时,它就进入到一个和该对象相关的等待池中,同时失去(释放)了对象的机锁(暂时失去机锁,wait(long timeout)超时时间到后还需要返还对象锁);其他线程可以访问;
  • wait()使用notify或者notifyAlll或者指定睡眠时间来唤醒当前等待池中的线程。
  • wiat()必须放在synchronized block中,否则会在program runtime时扔出”java.lang.IllegalMonitorStateException“异常。
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