Java 线程的状态及状态转换

通用的线程周期

操作系统中，线程的状态一般包含以下五种：初始状态、可运行状态、运行状态、休眠状态、终止状态

通用的线程状态转换图--五态模型

1. 初始状态：指的是线程已经被创建但还不允许分配CPU资源。这个状态是编程语言特有的，而且这里的“创建”也是指编程语言层面的被创建，实际上并没有在操作系统层面上创建线程。
2. 可运行状态：在这个状态下线程可以分配CPU资源，而且真正的操作系统级别的线程已经被创建，线程一旦分配到CPU资源就会立即运行。
3. 运行状态：当有空闲CPU资源时，操作系统会挑选一个处于可运行状态的线程并为其分配CPU资源，被挑选出来分配到CPU资源的线程就会进入运行状态。
4. 休眠状态：当运行状态的线程调用一个阻塞API或者等待某个事件时，那么它的状态就会从运行状态转换为休眠状态。处于休眠状态的线程永远不会分配到CPU资源。当等待的事件出现时，休眠状态的线程就会转换到可运行状态。
5. 终止状态：线程运行完成或者出现异常时就会进入终止状态，终止状态的线程不会再转变成其他状态。线程进入终止状态意味着生命周期的结束。

Java 中线程的声明周期

Java 中的线程一共有6个状态：

1. NEW（新建）
2. RUNNABLE（可运行/运行）
3. BLOCKED（阻塞）
4. WAITING（无限时等待）
5. TIMED_WAITING（有限时等待）
6. TERMINATED（终止）

看上去很复杂，但其实 blocked、waiting、timed_waiting 这三种状态对应的都是操作系统中的同一种状态 ---- 休眠状态。
所以，Java 线程的声明周期可以简化为下图：

Java 线程的状态转换图

它们之间的转换关系是什么样的呢，我们来分析一下：

1.NEW → RUNNABLE

NEW 状态在 Java 语言中对应于调用start()方法之前的Thread的实例。所以从 NEW 到 RUNNABLE 的转换很简单就是调用一下start()方法。

2.RUNNABLE ⇌ BLOCKED

只有一种情况会让线程从RUNNABLE 状态转换为 BLOCKED 状态，就是线程等待 synchronized 隐式锁。synchronized 关键字修饰的代码块、方法在同一时刻只允许一个线程执行，其他线程只能等待，等待的线程就会从 RUNNABLE 状态转换成 BLOCKED 状态。而当线程获取到隐式锁时就会从 BLOCKED 状态转换成 RUNNABLE 状态。
应当注意的是：当线程调用阻塞API时，在操作系统层面上看，线程会进入休眠态，但是在Java层面上看，此时这个Java线程依然是RUNNABLE 状态。

3.RUNNABLE ⇌ WAITING

有三种情况会触发 RUNNABLE 和 WAITING 之间的转换：

• 场景一：在 synchronized 代码块中调用 object.wait() 方法
• 场景二：处于 RUNNABLE 状态的线程调用thread.join()方法等待某个线程运行完成。例如thread1中有一行代码是thread2.join()则执行这行代码后thread1会从RUNNABLE 状态转换成 WAITING 状态，直到thread2执行完成以后，thread1才会从 WAITING 状态再次回到 RUNNABLE 状态。
• 场景三：调用LockSupport.park()方法，会让当前线程从RUNNABLE 转换为 WAITING。当某个线程调用了LockSupport.unpark(thread)时，thread方法就会从WAITING状态转换成RUNNABLE状态。

4.RUNNABLE ⇌ TIMED_WAITING

有四种场景可以使得线程从 RUNNABLE 状态转换到 TIMED_WAITING 状态：

• 场景一：Object.wait(long timeout)
• 场景二：Thread.join(long timeout)
• 场景三：LockSupport.parkUntil(long deadline) （还有一个park型方法，这里不列举了）
• 场景四：Thread.sleep(long timeout)

可以看出，这四种场景的前三种都是上面提到的函数的带时间参数的形式，最后一个是我们最直接可以想到的sleep。

5.RUNNABLE → TERMINATED

线程执行完 run() 方法后就会自动进入 TERMINATED 状态，如果抛出异常的话也会进入到这个状态。有时候，我们需要强行停止 run() 方法的运行，这时候我们只需要调用线程的 interrupt() 方法即可让线程直接进入 TERMINATED 状态。
应当注意的是，Java 还提供了Thread.stop()方法强制停止线程，但这个方法非常残暴，它使得线程直接停止而无法执行后续必要操作，比如无法释放已经获取的锁。而interrupt就比较温和，它只是通知一下线程应当停止了，而线程什么时候停止则取决于线程本身。如果线程处于WAITING、TIMED_WAITING时，那么interrupt则会唤醒线程，让其重新进入 RUNNABLE 状态然后抛出 InterruptedException 异常。如果线程处于 RUNNABLE 状态，则线程会在合适的时候检测一下自己是否被需要中断，如果需要中断则首先需要做一些必要的操作，然后再进入 TERMINATED 状态。