并发编程-线程的生命周期

Java 语言里的线程本质上就是操作系统的线程，它们是一一对应的。

一、通用的线程生命周期

通用的线程生命周期基本上可以用“五态模型”来描述：

通用线程状态转换图-五态模型.png

• 初始状态：线程已经被创建，但是还不允许分配 CPU 执行。这个状态属于编程语言特有的，不过这里所谓的被创建，仅仅是在编程语言层面被创建，而在操作系统层面，真正的线程还没有创建。
• 可运行状态：线程可以分配 CPU 执行。在这种状态下，真正的操作系统线程已经被成功创建了，所以可以分配 CPU 执行。
• 运行状态：当有空闲的 CPU 时，操作系统会将其分配给一个处于可运行状态的线程，被分配到 CPU 的线程的状态就转换成了运行状态。
• 休眠状态：运行状态的线程如果调用一个阻塞的 API（例如以阻塞方式读文件）或者等待某个事件（例如条件变量），那么线程的状态就会转换到休眠状态，同时释放 CPU 使用权，休眠状态的线程永远没有机会获得 CPU 使用权。当等待的事件出现了，线程就会从休眠状态转换到可运行状态。
• 终止状态：线程执行完或者出现异常就会进入终止状态，终止状态的线程不会切换到其他任何状态，进入终止状态也就意味着线程的生命周期结束了。

二、Java 中线程的生命周期

Java 语言中线程共有六种状态：

• NEW（初始化状态）
• RUNNABLE（可运行 / 运行状态）
• BLOCKED（阻塞状态）
• WAITING（无时限等待）
• TIMED_WAITING（有时限等待）
• TERMINATED（终止状态）

Java中的线程状态转换.png

BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING 可以理解为导致线程休眠状态的三种原因

1.RUNNABLE 与 BLOCKED 的状态转换

synchronized 修饰的方法、代码块同一时刻只允许一个线程执行，其他线程只能等待，这种情况下，等待的线程就会从 RUNNABLE 转换到 BLOCKED 状态。
而当等待的线程获得 synchronized 隐式锁时，就又会从 BLOCKED 转换到 RUNNABLE 状态。

线程调用阻塞式 API 时，在操作系统层面，线程是会转换到休眠状态的，但是在 JVM 层面，Java 线程的状态不会发生变化，也就是说 Java 线程的状态会依然保持 RUNNABLE 状态。JVM 层面并不关心操作系统调度相关的状态，因为在 JVM 看来，等待 CPU 使用权（操作系统层面此时处于可执行状态）与等待 I/O（操作系统层面此时处于休眠状态）没有区别，都是在等待某个资源，所以都归入了 RUNNABLE 状态。而我们平时所谓的 Java 在调用阻塞式 API 时，线程会阻塞，指的是操作系统线程的状态，并不是 Java 线程的状态。

2.RUNNABLE 与 WAITING 的状态转换

有三种场景会触发这种转换：

• 获得 synchronized 隐式锁的线程，调用无参数的 Object.wait() 方法。
• 调用无参数的 Thread.join() 方法。
• 调用 LockSupport.park() 方法

Thread.join()：是一种线程同步方法，例如有一个线程对象 thread A，当调用 A.join() 的时候，执行这条语句的线程会等待 thread A 执行完，而等待中的这个线程，其状态会从 RUNNABLE 转换到 WAITING。当线程 thread A 执行完，原来等待它的线程又会从 WAITING 状态转换到 RUNNABLE。

LockSupport.park()：当前线程会阻塞，线程的状态会从 RUNNABLE 转换到 WAITING。调用 LockSupport.unpark(Thread thread) 可唤醒目标线程，目标线程的状态又会从 WAITING 状态转换到 RUNNABLE。

3.RUNNABLE 与 TIMED_WAITING 的状态转换

有五种场景会触发：

• 调用带超时参数的 Thread.sleep(long millis) 方法；
• 获得 synchronized 隐式锁的线程，调用带超时参数的 Object.wait(long timeout) 方法；
• 调用带超时参数的 Thread.join(long millis) 方法；
• 调用带超时参数的 LockSupport.parkNanos(Object blocker, long deadline) 方法；
• 调用带超时参数的 LockSupport.parkUntil(long deadline) 方法。

TIMED_WAITING 和 WAITING 状态的区别，仅仅是触发条件多了超时参数。

4.从 NEW 到 RUNNABLE 状态

Java 刚创建出来的 Thread 对象就是 NEW 状态，NEW 状态的线程，不会被操作系统调度，因此不会执行。Java 线程要执行，就必须转换到 RUNNABLE 状态。从 NEW 状态转换到 RUNNABLE 状态很简单，只要调用线程对象的 start() 方法就可以了。

创建 Thread 对象：
继承 Thread 对象，重写 run() 方法:

// 自定义线程对象
class MyThread extends Thread {
  public void run() {
    // 线程需要执行的代码
    ......
  }
}
// 创建线程对象
MyThread myThread = new MyThread();

实现 Runnable 接口，重写 run() 方法:

// 实现Runnable接口
class Runner implements Runnable {
  @Override
  public void run() {
    // 线程需要执行的代码
    ......
  }
}
// 创建线程对象
Thread thread = new Thread(new Runner());

从 NEW 状态转换到 RUNNABLE 状态：

MyThread myThread = new MyThread();
// 从NEW状态转换到RUNNABLE状态
myThread.start()；

5.从 RUNNABLE 到 TERMINATED 状态

• 线程执行完 run() 方法后，会自动转换到 TERMINATED 状态。
• 如果执行 run() 方法的时候异常抛出，也会导致线程终止。
• 调用Thread 类interrupt() 方法。
• 调用Thread 类里面的 stop() 方法（不推荐使用）。

三、stop()方法

stop() 方法会真的杀死线程，不给线程喘息的机会，如果线程持有 ReentrantLock 锁，被 stop() 的线程并不会自动调用 ReentrantLock 的 unlock() 去释放锁，那其他线程就再也没机会获得 ReentrantLock 锁，这实在是太危险了。所以该方法就不建议使用了，类似的方法还有 suspend() 和 resume() 方法，这两个方法同样也都不建议使用了。

四、interrupt() 方法

interrupt() 方法是通知线程，线程有机会执行一些后续操作，同时也可以无视这个通知。被 interrupt 的线程，收到通知的方式有两种，一种是异常，另一种是主动检测。

1.处于阻塞状态被打断

当线程 A 处于 WAITING、TIMED_WAITING 状态时，如果其他线程调用线程 A 的 interrupt() 方法，会使线程 A 返回到 RUNNABLE 状态，同时线程 A 的代码会触发 InterruptedException 异常。上面提到转换到 WAITING、TIMED_WAITING 状态的触发条件，都是调用了类似 wait()、join()、sleep() 这样的方法，这些方法的签名都会 throws InterruptedException 这个异常。这个异常的触发条件就是：其他线程调用了该线程的 interrupt() 方法。

当线程 A 处于 RUNNABLE 状态时，并且阻塞在 java.nio.channels.InterruptibleChannel 上时，如果其他线程调用线程 A 的 interrupt() 方法，线程 A 会触发 java.nio.channels.ClosedByInterruptException 这个异常；而阻塞在 java.nio.channels.Selector 上时，如果其他线程调用线程 A 的 interrupt() 方法，线程 A 的 java.nio.channels.Selector 会立即返回。

2.处于运行状态被打断

如果线程处于 RUNNABLE 状态，并且没有阻塞在某个 I/O 操作上，例如中断计算圆周率的线程 A，这时就得依赖线程 A 主动检测中断状态了。如果其他线程调用线程 A 的 interrupt() 方法，那么线程 A 可以通过 isInterrupted() 方法，检测是不是自己被中断了。