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Java 线程（ Thread）

Java线程的讲解

  1. 标签：Java、线程、Thread
  2. 时间：2020年7月8日15点42分
  3. 内容：对 Java 线程及设计的相关知识点做记录及讲解

一、Java 线程的状态

  1. 初始(NEW)：新创建了一个线程对象，但还没有调用start()方法。
  2. 运行(RUNNABLE)：Java线程中将就绪（可运行）（ready）和运行中（running）两种状态笼统的称为“运行”。 线程对象创建后，其他线程(比如main线程）调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，等待被线程调度选中，获取CPU的使用权，此时处于就绪状态（ready）。就绪状态的线程在获得CPU时间片后变为运行中状态（running）。
  3. 阻塞(BLOCKED)：阻塞状态是指线程因为某种原因放弃了cpu 使用权，也即让出了cpu timeslice，暂时停止运行。直到线程进入可运行(runnable)状态，才有机会再次获得cpu timeslice 转到运行(running)状态。阻塞的情况分三种：
    1. (一). 等待阻塞：运行(running)的线程执行o.wait()方法，JVM会把该线程放入等待队列(waitting queue)中。
    2. (二). 同步阻塞：运行(running)的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池(lock pool)中。
    3. (三). 其他阻塞：运行(running)的线程执行Thread.sleep(long ms)或t.join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。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，线程重新转入可运行(runnable)状态。
  4. 等待(WAITING)：进入该状态的线程需要等待其他线程做出一些特定动作（通知或中断）。
  5. 超时等待(TIMED_WAITING)：该状态不同于WAITING，它可以在指定的时间后自行返回。
  6. 终止(TERMINATED)：表示该线程已经执行完毕。线程run()、main() 方法执行结束，或者因异常退出了run()方法，则该线程结束生命周期。死亡的线程不可再次复生。

二、线程的状态图

image

image

1. 初始状态

实现Runnable接口和继承Thread可以得到一个线程类，new一个实例出来，线程就进入了初始状态。

2.1. 就绪状态

  1. 就绪状态只是说你资格运行，调度程序没有挑选到你，你就永远是就绪状态。
  2. 调用线程的start()方法，此线程进入就绪状态。
  3. 当前线程sleep()方法结束，其他线程join()结束，等待用户输入完毕，某个线程拿到对象锁，这些线程也将进入就绪状态。
  4. 当前线程时间片用完了，调用当前线程的yield()方法，当前线程进入就绪状态。
  5. 锁池里的线程拿到对象锁后，进入就绪状态。

2.2. 运行中状态

线程调度程序从可运行池中选择一个线程作为当前线程时线程所处的状态。这也是线程进入运行状态的唯一一种方式。

3. 阻塞状态

所谓阻塞状态是正在运行的线程没有运行结束，暂时让出CPU，这时其他处于就绪状态的线程就可以获得CPU时间，进入运行状态。

  1. 阻塞状态是线程阻塞在进入synchronized关键字修饰的方法或代码块(获取锁)时的状态。（线程试图得到一个锁，而该锁正被其他线程持有）
  2. 当前线程T调用Thread.sleep()方法，当前线程进入阻塞状态。
  3. 运行在当前线程里的其它线程t2调用join()方法，当前线程进入阻塞状态。
  4. 等待用户输入的时候，当前线程进入阻塞状态。（线程调用一个在I/O上被阻塞的操作，即该操作在输入输出操作完成之前不会返回到它的调用者）

4. 等待

处于这种状态的线程不会被分配CPU执行时间，它们要等待被显式地唤醒，否则会处于无限期等待的状态。

5. 超时等待

处于这种状态的线程不会被分配CPU执行时间，不过无须无限期等待被其他线程显示地唤醒，在达到一定时间后它们会自动唤醒。

6. 终止状态

  1. 当线程的run()方法完成时，或者主线程的main()方法完成时，我们就认为它终止了。这个线程对象也许是活的，但是，它已经不是一个单独执行的线程。线程一旦终止了，就不能复生。
  2. 在一个终止的线程上调用start()方法，会抛出java.lang.IllegalThreadStateException异常。

三、等待队列(本是Object里的方法，但影响了线程)

  • 调用obj的wait(), notify()方法前，必须获得obj锁，也就是必须写在synchronized(obj) 代码段内。
  • 与等待队列相关的步骤和图： image
  • 1.线程1获取对象A的锁，正在使用对象A。
  • 2.线程1调用对象A的wait()方法。
  • 3.线程1释放对象A的锁，并马上进入等待队列。
  • 4.锁池里面的对象争抢对象A的锁。
  • 5.线程5获得对象A的锁，进入synchronized块，使用对象A。
  • 6.线程5调用对象A的notifyAll()方法，唤醒所有线程，所有线程进入同步队列。若线程5调用对象A的notify()方法，则唤醒一个线程，不知道会唤醒谁，被唤醒的那个线程进入同步队列。
  • 7.notifyAll()方法所在synchronized结束，线程5释放对象A的锁。
  • 8.同步队列的线程争抢对象锁，但线程1什么时候能抢到就不知道了。

同步队列状态（锁池状态）

  • 当前线程想调用对象A的同步方法时，发现对象A的锁被别的线程占有，此时当前线程进入同步队列。简言之，同步队列里面放的都是想争夺对象锁的线程。
  • 当一个线程1被另外一个线程2唤醒时，1线程进入同步队列，去争夺对象锁。
  • 同步队列是在同步的环境下才有的概念，一个对象对应一个同步队列。

几个方法的比较

  • Thread.sleep(long millis)，一定是当前线程调用此方法，当前线程进入TIMED_WAITING状态，但不释放对象锁，millis后线程自动苏醒进入就绪状态。作用：给其它线程执行机会的最佳方式。
    • 调用：[运行状态]->[休眠（阻塞）状态]，结束：[阻塞状态]->[就绪状态]
  • Thread.yield()，一定是当前线程调用此方法，当前线程放弃获取的CPU时间片，但不释放锁资源，由运行状态变为就绪状态，让OS再次选择线程。作用：让相同优先级的线程轮流执行，但并不保证一定会轮流执行。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。Thread.yield()不会导致阻塞。该方法与sleep()类似，只是不能由用户指定暂停多长时间。yield()的作用是让步，它能够让当前线程从“运行状态”进入到“就绪状态”，从而让其他等待线程获取执行权，但是不能保证在当前线程调用yield()之后，其他线程就一定能获得执行权，也有可能是当前线程又回到“运行状态”继续运行，注意：这里我将上面的“具有相同优先级”的线程直接改为了线程，很多资料都写的是让具有相同优先级的线程开始竞争，但其实不是这样的，优先级低的线程在拿到cpu执行权后也是可以执行，只不过优先级高的线程拿到cpu执行权的概率比较大而已，并不是一定能拿到。
    • 调用：[运行状态]->[就绪状态]，结束：[就绪状态]->[运行状态] or [就绪状态]->[阻塞状态]
  • t.join()/t.join(long millis)，当前线程里调用其它线程t的join方法，当前线程进入WAITING/TIMED_WAITING状态，当前线程不会释放已经持有的对象锁。线程t执行完毕或者millis时间到，当前线程进入就绪状态。
  • t.suspend()和 t.resume()方法，两个方法配套使用，suspend()使得线程进入阻塞状态，并且不会自动恢复，必须其对应的resume()被调用，才能使得线程重新进入可执行状态。典型地，suspend()和 resume() 被用在等待另一个线程产生的结果的情形：测试发现结果还没有产生后，让线程阻塞，另一个线程产生了结果后，调用 resume()使其恢复。suspend()及其它所有方法在线程阻塞时都不会释放占用的锁（如果占用了的话），而wait() 和 notify() 这一对方法则相反。
  • obj.wait()，当前线程调用对象的wait()方法，当前线程释放对象锁，进入等待队列。依靠notify()/notifyAll()唤醒或者wait(long timeout) timeout时间到自动唤醒。wait，notify和notifyAll只能在同步控制方法或者同步控制块里面使用
  • obj.notify()唤醒在此对象监视器上等待的单个线程，选择是任意性的。notifyAll()唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。
  • 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。
  • 调用notify() 方法导致解除阻塞的线程是从因调用该对象的 wait()方法而阻塞的线程中随机选取的，我们无法预料哪一个线程将会被选择，所以编程时要特别小心，避免因这种不确定性而产生问题。
  • 除了notify()，还有一个方法 notifyAll()也可起到类似作用，唯一的区别在于，调用 notifyAll()方法将把因调用该对象的 wait()方法而阻塞的所有线程一次性全部解除阻塞。当然，只有获得锁的那一个线程才能进入可执行状态。

简单总结一下：

线程对象的一个代码片段要想被执行需要满足两个条件：1、线程被调起，2、获得了对象的锁。

OS 调度选择可运行的线程（已经 Thread.start() 的线程），若线程处于堵塞状态，调度机制可以简单地跳过它，不给它分配任何CPU时间。

优先级低的线程在拿到cpu执行权后也是可以执行，只不过优先级高的线程拿到cpu执行权的概率比较大而已，并不是一定能拿到。

堵塞原因：Thread.sleep(long millis)、Thread.join()、obj.wait()、Synchronized、在I/O上被阻塞、