概述
线程的状态
Java 中线程中状态可分为五种:New(新建状态),Runnable(就绪状态),Running(运行状态),Blocked(阻塞状态),Dead(死亡状态)
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New:新建状态,当线程创建完成时为新建状态,即new Thread(...),还没有调用start方法时,线程处于新建状态。
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Runnable:就绪状态,当调用线程的的start方法后,线程进入就绪状态,等待CPU资源。处于就绪状态的线程由Java运行时系统的线程调度程序(thread scheduler)来调度。
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Running:运行状态,就绪状态的线程获取到CPU执行权以后进入运行状态,开始执行run方法。
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Blocked:阻塞状态,线程没有执行完,由于某种原因(如,I/O操作等)让出CPU执行权,自身进入阻塞状态。
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Dead:死亡状态,线程执行完成或者执行过程中出现异常,线程就会进入死亡状态。
这五种状态之间的转换关系如下图所示
![](https://img.haomeiwen.com/i7017140/147709e629ea3b62.png)
Java中是如何实现这几种状态的转换的
通过 wait/notify/notifyAll 方法的使用
这三个方法都是在 Object 对象中定义的,本篇详细讲解
通过 sleep/yield/join 方法的使用
这三个方法都是在 Thread 对象中定义的,这里不做讲解,具体可看 深入理解Thread类 这篇文章
各个方法解析
以下是 Object 类的源码
public class Object {
public final native void notify();
public final native void notifyAll();
public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;
public final void wait() throws InterruptedException {
wait(0);
}
}
wait、notify和notifyAll方法是Object类的final native方法。所以这些方法不能被子类重写,Object类是所有类的超类,因此在程序中有以下三种形式调用wait等方法。
wait();//方式1:
this.wait();//方式2:
super.wait();//方式3
void wait()
导致线程进入等待状态,直到它被其他线程通过notify()或者notifyAll唤醒。该方法只能在同步方法或同步块中调用。如果当前线程不是锁的持有者,该方法抛出一个IllegalMonitorStateException
异常。
void wait(long millis) 和 void wait(long millis, int nanos)
导致线程进入等待状态直到它被通知或者经过指定的时间。这些方法只能在同步方法或同步块中调用。如果当前线程不是锁的持有者,该方法抛出一个IllegalMonitorStateException
异常。
void notifyAll()
解除所有那些在该对象上调用wait方法的线程的阻塞状态。该方法只能在同步方法或同步块内部调用。如果当前线程不是锁的持有者,该方法抛出一个IllegalMonitorStateException
异常。
void notify()
随机选择一个在该对象上调用wait方法的线程,解除其阻塞状态。该方法只能在同步方法或同步块内部调用。如果当前线程不是锁的持有者,该方法抛出一个IllegalMonitorStateException
异常。
Object.wait()和Object.notify()和Object.notifyall()必须写在synchronized方法内部或者synchronized块内部,这是因为:这几个方法要求当前正在运行object.wait()方法的线程拥有object的对象锁。即使你确实知道当前上下文线程确实拥有了对象锁,也不能将object.wait()这样的语句写在当前上下文中。
从这三个方法的文字描述可以知道以下几点信息:
1)wait()、notify()和notifyAll()方法是本地方法,并且为final方法,无法被重写。
2)调用某个对象的wait()方法能让当前线程阻塞,并且当前线程必须拥有此对象的monitor(即锁)
3)调用某个对象的notify()方法能够唤醒一个正在等待这个对象的monitor的线程,如果有多个线程都在等待这个对象的monitor,则只能唤醒其中一个线程;
4)调用notifyAll()方法能够唤醒所有正在等待这个对象的monitor的线程;
上面已经提到,如果调用某个对象的wait()方法,当前线程必须拥有这个对象的monitor(即锁),因此调用wait()方法必须在同步块或者同步方法中进行(synchronized块或者synchronized方法)。
调用某个对象的wait()方法,相当于让当前线程交出此对象的monitor,然后进入等待状态,等待后续再次获得此对象的锁(Thread类中的sleep方法使当前线程暂停执行一段时间,从而让其他线程有机会继续执行,但它并不释放对象锁);
notify()方法能够唤醒一个正在等待该对象的monitor的线程,当有多个线程都在等待该对象的monitor的话,则只能唤醒其中一个线程,具体唤醒哪个线程则不得而知。
同样地,调用某个对象的notify()方法,当前线程也必须拥有这个对象的monitor,因此调用notify()方法必须在同步块或者同步方法中进行(synchronized块或者synchronized方法)。
nofityAll()方法能够唤醒所有正在等待该对象的monitor的线程,这一点与notify()方法是不同的。
这里要注意一点:notify()和notifyAll()方法只是唤醒等待该对象的monitor的线程,并不决定哪个线程能够获取到monitor。
举个简单的例子:假如有三个线程Thread1、Thread2和Thread3都在等待对象objectA的monitor,此时Thread4拥有对象objectA的monitor,当在Thread4中调用objectA.notify()方法之后,Thread1、Thread2和Thread3只有一个能被唤醒。注意,被唤醒不等于立刻就获取了objectA的monitor。假若在Thread4中调用objectA.notifyAll()方法,则Thread1、Thread2和Thread3三个线程都会被唤醒,至于哪个线程接下来能够获取到objectA的monitor就具体依赖于操作系统的调度了。
上面尤其要注意一点,一个线程被唤醒不代表立即获取了对象的monitor,只有等调用完notify()或者notifyAll()并退出synchronized块,释放对象锁后,其余线程才可获得锁执行。
为什么wait()和notify()属于Object类
wait()和notify()是Java给我们提供线程之间通信的API,既然是线程的东西,那什么是在Object类上定义,而不是在Thread类上定义呢?
其实这个问题很简单,由于每个对象都拥有monitor(即锁),所以让当前线程等待某个对象的锁,当然应该通过这个对象来操作了。而不是用当前线程来操作,因为当前线程可能会等待多个线程的锁,如果通过线程来操作,就非常复杂了。
Java 线程wait()之后一定要notify()才能唤醒吗?
不一定!
线程正常结束后,会使以这个线程对象运行的wait()等待,退出等待状态!而如果在运行wait()之前,线程已经结束了,则这个wait就没有程序唤醒了
实际上,Thread源码里面的join()方法也是使用这种机制:
As a thread terminates the {@code this.notifyAll} method is invoked.
源码里的join()方法,实际上就是运行的 wait(). 需要运行join的线程运行join方法,实际上是在此线程上调用了需要加入的线程对象的wait()方法,加入的线程运行完后,会自动调用 notifyAll 方法,被 join 的线程自然能够继续执行了。
/**
* Waits at most {@code millis} milliseconds for this thread to
* die. A timeout of {@code 0} means to wait forever.
*
* <p> This implementation uses a loop of {@code this.wait} calls
* conditioned on {@code this.isAlive}. As a thread terminates the
* {@code this.notifyAll} method is invoked. It is recommended that
* applications not use {@code wait}, {@code notify}, or
* {@code notifyAll} on {@code Thread} instances.
*
* @param millis
* the time to wait in milliseconds
*
* @throws IllegalArgumentException
* if the value of {@code millis} is negative
*
* @throws InterruptedException
* if any thread has interrupted the current thread. The
* <i>interrupted status</i> of the current thread is
* cleared when this exception is thrown.
*/
public final synchronized void join(long millis)
throws InterruptedException {
long base = System.currentTimeMillis();
long now = 0;
if (millis < 0) {
throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
}
if (millis == 0) {
while (isAlive()) {
wait(0);
}
} else {
while (isAlive()) {
long delay = millis - now;
if (delay <= 0) {
break;
}
wait(delay);
now = System.currentTimeMillis() - base;
}
}
}
线程对象的wait()方法运行后,可以不用其notify()方法退出,会在线程结束后,自动退出。
Condition
Condition是在java 1.5中才出现的,它用来替代传统的Object的wait()、notify()实现线程间的协作,相比使用Object的wait()、notify(),使用Condition1的await()、signal()这种方式实现线程间协作更加安全和高效。因此通常来说比较推荐使用Condition,在阻塞队列那一篇博文中就讲述到了,阻塞队列实际上是使用了Condition来模拟线程间协作。
- Condition是个接口,基本的方法就是await()和signal()方法;
- Condition依赖于Lock接口,生成一个Condition的基本代码是lock.newCondition()
- 调用Condition的await()和signal()方法,都必须在lock保护之内,就是说必须在lock.lock()和lock.unlock之间才可以使用
Conditon中的await()对应Object的wait();
Condition中的signal()对应Object的notify();
Condition中的signalAll()对应Object的notifyAll()。
生产者-消费者模型的实现
1.使用Object的wait()和notify()实现
public class Test {
private int queueSize = 10;
private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize);
public static void main(String[] args) {
Test test = new Test();
Producer producer = test.new Producer();
Consumer consumer = test.new Consumer();
producer.start();
consumer.start();
}
class Consumer extends Thread{
@Override
public void run() {
consume();
}
private void consume() {
while(true){
synchronized (queue) {
while(queue.size() == 0){
try {
System.out.println("队列空,等待数据");
queue.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
queue.notify();
}
}
queue.poll(); //每次移走队首元素
queue.notify();
System.out.println("从队列取走一个元素,队列剩余"+queue.size()+"个元素");
}
}
}
}
class Producer extends Thread{
@Override
public void run() {
produce();
}
private void produce() {
while(true){
synchronized (queue) {
while(queue.size() == queueSize){
try {
System.out.println("队列满,等待有空余空间");
queue.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
queue.notify();
}
}
queue.offer(1); //每次插入一个元素
queue.notify();
System.out.println("向队列取中插入一个元素,队列剩余空间:"+(queueSize-queue.size()));
}
}
}
}
}
2.使用Condition实现
public class Test {
private int queueSize = 10;
private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize);
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition notFull = lock.newCondition();
private Condition notEmpty = lock.newCondition();
public static void main(String[] args) {
Test test = new Test();
Producer producer = test.new Producer();
Consumer consumer = test.new Consumer();
producer.start();
consumer.start();
}
class Consumer extends Thread{
@Override
public void run() {
consume();
}
private void consume() {
while(true){
lock.lock();
try {
while(queue.size() == 0){
try {
System.out.println("队列空,等待数据");
notEmpty.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
queue.poll(); //每次移走队首元素
notFull.signal();
System.out.println("从队列取走一个元素,队列剩余"+queue.size()+"个元素");
} finally{
lock.unlock();
}
}
}
}
class Producer extends Thread{
@Override
public void run() {
produce();
}
private void produce() {
while(true){
lock.lock();
try {
while(queue.size() == queueSize){
try {
System.out.println("队列满,等待有空余空间");
notFull.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
queue.offer(1); //每次插入一个元素
notEmpty.signal();
System.out.println("向队列取中插入一个元素,队列剩余空间:"+(queueSize-queue.size()));
} finally{
lock.unlock();
}
}
}
}
}
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