Thread状态流转、方法使用、原理分析

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一、Thread状态
Java的线程状态描述在Thread类里面的枚举类State中,包路径为java.lang.Thread.State,总共包含以下六种状态:NEWRUNNABLEBLOCKEDWAITINGTIMED_WAITINGTERMINATED
public enum State { // 尚未启动的线程的线程状态 NEW,// 可运行线程的线程状态,是可运行的线程 // 这个状态在Java虚拟机中进行,但它可能等待来自操作系统的其他资源,比如处理器 RUNNABLE,// 线程阻塞等待监视器锁的线程状态 // 处于阻塞状态的线程正在等待监视器锁 // 例如synchronized锁 BLOCKED,// 等待线程的线程状态 // 线程调用以下方法会处于等待状态:Object.wait()不超时、Thread.join()不超时、LockSupport.park() // 一个处于等待状态的线程正在等待另一个线程执行特定动作,例如: // 一个线程调用了Object.wait()方法在一个对象上正在等待另一个线程调用Object.nofify()或者 // Object.nofifyAll()方法开启那个对象 // 一个调用了Thread.join()方法的线程正在等待指定线程终止 WAITING,// 具有指定等待时间的等待线程的线程状态,调用一下方法会处于这个状态: // Object.wait() 超时、Thread.join()超时 // LockSupport.parkNanos()、LockSupport.parkUntil() TIMED_WAITING,// 已终止线程的线程状态 // 线程已执行完毕或者发生异常终止 TERMINATED }

上面的六种状态相当于描述了一个线程的生命周期,这些状态之间是可以流转的,那么线程的状态是如何流转的呢,我们看下图:
Thread状态流转、方法使用、原理分析
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  • NEW:未启动状态。
    public static void main(String[] args) { Thread t = new Thread(){ @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName()); } }; // 这个时候只是new了一个线程,并没有调用start()方法 // 输出 NEW System.out.println(t.getState().name()); }

  • RUNNABLE:可运行状态,处于可运行状态的线程正在Java虚拟机中运行,但也可能是正在等待来自操作系统资源,比如CPU。在RUNNABLE状态中包含了RUNNINGREADY两个状态,这两个状态是可以互相流转的。当线程调用start()方法后,线程就处于READY状态,等待操作系统分配CPU时间片,分配后进入RUNNING状态。当调用yield()方法后,只是谦让的允许当前线程让出CPU,但是不一定让,由操作系统决定,如果让了当前线程就会进入READY状态,等待系统分配CPU时间片再次进入RUNNING状态。
    public static void main(String[] args) { Thread t = new Thread(){ @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName()); } }; t.start(); // 调用start()方法 // 输出RUNNABLE System.out.println(t.getState().name()); }

  • BLOCKED:阻塞状态。当发生线程锁竞争状态下,没有获取到锁的线程会被挂起进入阻塞状态,比如synchronized锁。
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {final Object lock = new Object(); Thread t = new Thread(){ @Override public void run() { synchronized (lock){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()); } } }; // main线程先获取锁, t线程start的时候进入阻塞状态 synchronized (lock) { t.start(); Thread.sleep(1000); // 输出BLOCKED System.out.println(t.getState().name()); } }

  • WIITING:等待状态,可被唤醒的等待状态,此时线程不会执行也不会被调度,:可被唤醒的等待状态,此时线程不会被执行也不会被系统调度,此状态可以通过 synchronized 获得锁,调用 wait 方法进入等待状态,最后通过Object.notify()Object.nofifyAll()唤醒。下列方法可以让线程进入WAITING状态:Object.wait()Thread.join()LockSupport.park(),调用以下方法可以唤醒登台的线程进入RUNNABLE状态:Object.notify()Object.nofifyAll()LockSupport.unpark(Thread)
    public static void main(String[] args) throws Exception { final Object lock = new Object(); Thread t = new Thread(){ @Override public void run(){ try { synchronized (lock) { lock.wait(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }; t.start(); Thread.sleep(1000); synchronized (lock) { // 输出WAITING System.out.println(t.getState().name()); lock.notify(); } }

  • TIMED_WAITING:具有等待时间的等待状态,此时线程不会执行也不会被调度,直到等待时间到期后才会被执行。下列方法可以让线程进入TIMED_WAITING状态:Thread.sleep(long)Object.wait(long)Thread.join(long)LockSupport.parkNanos()LockSupport.parkUntil()。除了等待时间到期会被执行外,还可以调用以下方法:Object.notify()Object.nofifyAll()LockSupport.unpark(Thread)
    public static void main(String[] args) throws Exception { Thread t = new Thread(() ->{ try { Thread.sleep(10000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); t.start(); Thread.sleep(1000); // 输出TIMED_WAITING System.out.println(t.getState().name()); }

  • TERMINATED:已终止状态,线程已完成执行或者发生了异常终止。
    public static void main(String[] args) { Thread t = new Thread(){ @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName()); } }; t.start(); // 输出 TERMINATED System.out.println(t.getState().name()); }

二、创建Thread方式
创建线程的方式有三种,分别是:继承Thread类、实现Runnable接口、实现Callable接口和使用Future
继承Thread
public class MyThread extends Thread { @Override public void run() { // do something } }

实现Runnable
public class MyThread implements Runnable { @Override public void run() { // do something } }

实现Callable接口和使用Future
public class ThreadDemo implements Callable {@Override public String call() { return "str"; }public static void main(String[] args) throws Exception { ThreadDemo threadDemo = new ThreadDemo(); FutureTask future = new FutureTask(threadDemo); Thread thread = new Thread(future); thread.start(); System.out.println(future.get()); } }

三、Thread方法使用
Thread类常用的方法有以下:
  • start():启动当前线程。
  • run():线程启动的时候执行的方法。
  • currentThread():静态方法,返回执行当前代码的线程。
  • getName():获取当前线程的名字。
  • setName(String name):设置当前线程的名字
  • yield():释放当前CPU的执行权(但也有可能下一刻的执行权又回到了当前线程,主控权还是在CPU手上)。
  • join():当线程a调用线程b的join()方法,此时线程a进入阻塞状态,直到线程b完全执行完之后,线程a结束阻塞状态。
  • stop:当执行此方法时,强制结束当前线程(已停用)。
  • sleep():让当前线程“睡眠”指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内,当前进程是阻塞状态。
  • getPriority():获取线程优先级。
  • isAlive():判断当前线程是否存活(线程执行完之前都是存活的)。
  • setDeamon():设置守护线程。
  • isDaemon():是否是守护线程。
  • isInterrupted():线程是否中断。
守护线程 守护线程又称后台线程,默认创建出来的线程都是前台线程,可以通过setDeamon(true)设定为后台线程。
后台线程和前台线程主要区分在结束时机:当一个进程中的所有前台线程都执行完毕,无论进程中的后台线程是否执行完毕,都要强制中断。
看以下例子:
public static void main(String[] args) { Thread rose = new Thread(() ->{ for (int i = 0; i < 10; i++) { try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Rose:啊啊啊啊啊AAAAAaaaaa......"); System.out.println("效果:噗通......"); } }); Thread jack = new Thread(() ->{ while(true){ try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { } System.out.println("Jack:You jump,I jump"); } }); // jack线程设置为后台线程, 一定要在start()方法之前调用 jack.setDaemon(true); rose.start(); ; jack.start(); //while(true); //有进程没结束,后台线程不会结束。 }

上面代码输出如下:
Jack:You jump,I jump Rose:Let me go die! Rose:Let me go die! Jack:You jump,I jump Jack:You jump,I jump Rose:Let me go die! Jack:You jump,I jump Rose:Let me go die! Rose:Let me go die! Jack:You jump,I jump Jack:You jump,I jump Rose:Let me go die! Jack:You jump,I jump Rose:Let me go die! Jack:You jump,I jump Rose:Let me go die! Rose:Let me go die! Jack:You jump,I jump Jack:You jump,I jump Rose:Let me go die! Rose:啊啊啊啊啊AAAAAaaaaa...... 效果:噗通......

从输出可以看出前台线程执行完毕之后,后台线程就立即停止了,如果把while(true)去掉注释,那么后台线程会一直执行。
sleep sleep()方法可以使当前方法的线程阻塞指定毫秒,超时后,该线程方法会自动回到RUNNABLE状态等待再次分配时间片执行。
public static void main(String[] args) { System.out.println("程序开始了"); try{ /* * 这里会使main线程阻塞5秒,在此过程中 * 若其他线程调用了main线程的interrupt方法 * 试图中断main线程时,sleep方法会抛出异常 */ Thread.sleep(5000); }catch(InterruptedException e){} System.out.println("程序结束了"); }

join join()方法会阻塞调用当前方法的线程,并在join()方法所属对象线程上等待,直到该线程执行完毕才会解除阻塞继续执行。
举个栗子:a线程调用b线程的join()方法,那么a线程就会进入阻塞状态,直到b线程执行完毕才会解除阻塞继续往下执行。
public static void main(String[] args) {// 下载图片线程 final Thread download = new Thread(() ->{ System.out.println("download:开始下载照片"); for (int i = 1; i <= 100; i++) { System.out.println("下载进度:"+i+"%"); } try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("download:图片下载完毕"); }); // 显示图片线程 final Thread show = new Thread(() ->{ System.out.println("show:开始显示图片"); try { // 只有图片下载完毕之后才能显示图片 // 调用下载图片线程的join()方法阻塞显示图片线程直到图片下载完毕 download.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("show:图片显示完毕"); }); download.start(); show.start(); }

上面代码输出如下:
show:开始显示图片 download:开始下载照片 下载进度:1% 下载进度:... 下载进度:100% download:图片下载完毕 show:图片显示完毕

wait & nofify wait()notify()方法是在Object类定义的,用来协调线程同步使用,相比join()同步的及时性更强,因为join()方法必须等待另外一个线程的所有工作都结束。
public static boolean isFinish; public static Object obj = new Object(); public static void main(String[] args) { // 下载图片线程 final Thread download = new Thread(() ->{ System.out.println("download:开始下载照片"); for (int i = 1; i <= 100; i++) { System.out.println("down图片进度:"+i+"%"); } try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("download:图片下载完毕"); isFinish = true; // 图片下载完毕就可以通知显示图片线程显示图片, 没必要等下载附件执行完毕 synchronized (obj) { obj.notify(); }// 开始下载附件 System.out.println("down:开始下载附件..."); for (int i = 1; i <= 100; i++) { System.out.println("down附件进度:" + i + "%"); try { Thread.sleep(50); } catch (InterruptedException e) { } } System.out.println("down:附件下载完毕!"); }); // 显示图片线程 final Thread show = new Thread(() ->{ System.out.println("show:开始显示图片"); try { // obj.wait()方法会导致show线程进入阻塞状态直到obj调用notify()方法 synchronized (obj) { obj.wait(); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } if (!isFinish) { throw new RuntimeException("图片不存在!"); } System.out.println("show:图片显示完毕"); }); download.start(); show.start(); }

上面输出如下:
show:开始显示图片 download:开始下载照片 down图片进度:1% down图片进度:... down图片进度:100% download:图片下载完毕 down:开始下载附件... show:图片显示完毕 down附件进度:1% down附件进度:... down附件进度:100% down:附件下载完毕!

【Thread状态流转、方法使用、原理分析】从上面输出我们看出当下载线程图片下载完毕之后,显示图片线程就执行了,不需要等待附件下载完毕再执行。
Oject还有一个notifyAll()方法,当该方法被调用时,等待队列中的所有对象都被会唤醒。
yield yield()方法会使线程让出CPU,但不是暂停执行,线程还会继续进行CPU的争夺,但是也不是一定就会让出,这个由操作系统决定。如果一个线程不那么重要,或者对应任务的优先级非常低,或者不希望它占用过多的资源,那么就可以使用yield()方法给予其它线程更多的执行机会。
sleep和wait的区别
  • wait()方法阻塞的线程可以通过notify()或者notifyAll()方法唤醒,而执行sleep(0方法的线程只能一直休眠到指定时间,不可被唤醒。
  • 当被wait()方法阻塞的线程被唤醒的时候,会释放目标对象的锁,而sleep()方法指定的睡眠时候到的时候不会释放任何资源。

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