執行緒的生命週期，真的沒那麼簡單

華為雲開發者社群發表於2022-01-19
執行緒
摘要：結合作業系統執行緒和程式語言執行緒再次深入探討執行緒的生命週期問題，執行緒的生命週期其實沒有我們想象的那麼簡單！

本文分享自華為雲社群《【高併發】執行緒的生命週期其實沒有我們想象的那麼簡單！！》，作者： 冰 河。

今天，我們就結合作業系統執行緒和程式語言執行緒再次深入探討執行緒的生命週期問題，執行緒的生命週期其實沒有我們想象的那麼簡單！！

理解執行緒的生命週期本質上理解了生命週期中各個節點的狀態轉換機制就可以了。

接下來，我們分別就通用執行緒生命週期和Java語言的執行緒生命週期分別進行詳細說明。

通用的執行緒生命週期總體上可以分為五個狀態：初始狀態、可執行狀態、執行狀態、休眠狀態和終止狀態。

我們可以簡單的使用下圖來表示這五種狀態。

初始狀態

執行緒已經被建立，但是不允許分配CPU執行。需要注意的是：這個狀態屬於程式語言特有，這裡指的執行緒已經被建立，僅僅指在程式語言中被建立，在作業系統中，並沒有建立真正的執行緒。

可執行狀態

執行緒可以分配CPU執行。此時，作業系統中的執行緒被成功建立，可以分配CPU執行。

執行狀態

當作業系統中存在空閒的CPU，作業系統會將這個空閒的CPU分配給一個處於可執行狀態的執行緒，被分配到CPU的執行緒的狀態就轉換成了執行狀態

休眠狀態

執行狀態的執行緒呼叫一個阻塞的API（例如，以阻塞的方式讀檔案）或者等待某個事件（例如，等待某個條件變數等），執行緒的狀態就會轉換到休眠狀態。此時執行緒會釋放CPU資源，休眠狀態的執行緒沒有機會獲得CPU的使用權。一旦等待的條件出現，執行緒就會從休眠狀態轉換到可執行狀態。

終止狀態

執行緒執行完畢或者出現異常就會進入終止狀態，終止狀態的執行緒不會切換到其他任何狀態，這也意味著執行緒的生命週期結束了。

以上就是通用的執行緒生命週期，下面，我們再看對比看下Java語言中的執行緒生命週期。

Java中的執行緒生命週期

Java中的執行緒生命週期總共可以分為六種狀態：初始化狀態（NEW）、可執行/執行狀態（RUNNABLE）、阻塞狀態（BLOCKED）、無時限等待狀態（WAITING）、有時限等待狀態（TIMED_WAITING）、終止狀態（TERMINATED）。

需要大家重點理解的是：雖然Java語言中執行緒的狀態比較多，但是，其實在作業系統層面，Java執行緒中的阻塞狀態（BLOCKED）、無時限等待狀態（WAITING）、有時限等待狀態（TIMED_WAITING）都是一種狀態，即通用執行緒生命週期中的休眠狀態。也就是說，只要Java中的執行緒處於這三種狀態時，那麼，這個執行緒就沒有CPU的使用權。

理解了這些之後，我們就可以使用下面的圖來簡單的表示Java中執行緒的生命週期。

我們也可以這樣理解阻塞狀態（BLOCKED）、無時限等待狀態（WAITING）、有時限等待狀態（TIMED_WAITING），它們是導致執行緒休眠的三種原因！

接下來，我們就看看Java執行緒中的狀態是如何轉化的。

RUNNABLE與BLOCKED的狀態轉換

只有一種場景會觸發這種轉換，就是執行緒等待synchronized隱式鎖。synchronized修飾的方法、程式碼塊同一時刻只允許一個執行緒執行，其他的執行緒則需要等待。此時，等待的執行緒就會從RUNNABLE狀態轉換到BLOCKED狀態。當等待的執行緒獲得synchronized隱式鎖時，就又會從BLOCKED狀態轉換到RUNNABLE狀態。

這裡，需要大家注意：執行緒呼叫阻塞API時，在作業系統層面，執行緒會轉換到休眠狀態。但是在JVM中，Java執行緒的狀態不會發生變化，也就是說，Java執行緒的狀態仍然是RUNNABLE狀態。JVM並不關心作業系統排程相關的狀態，在JVM角度來看，等待CPU使用權（作業系統中的執行緒處於可執行狀態）和等待IO操作（作業系統中的執行緒處於休眠狀態）沒有區別，都是在等待某個資源，所以，將其都歸入了RUNNABLE狀態。

我們平時所說的Java在呼叫阻塞API時，執行緒會阻塞，指的是作業系統執行緒的狀態，並不是Java執行緒的狀態。

RUNNABLE與WAITING狀態轉換

執行緒從RUNNABLE狀態轉換成WAITING狀態總體上有三種場景。

場景一

獲得synchronized隱式鎖的執行緒，呼叫無參的Object.wait()方法。此時的執行緒會從RUNNABLE狀態轉換成WAITING狀態。

場景二

呼叫無引數的Thread.join()方法。其中join()方法是一種執行緒的同步方法。例如，在threadA執行緒中呼叫threadB執行緒的join()方法，則threadA執行緒會等待threadB執行緒執行完。而threadA執行緒在等待threadB執行緒執行的過程中，其狀態會從RUNNABLE轉換到WAITING。當threadB執行完畢，threadA執行緒的狀態則會從WAITING狀態轉換成RUNNABLE狀態。

場景三

呼叫LockSupport.park()方法，當前執行緒會阻塞，執行緒的狀態會從RUNNABLE轉換成WAITING。呼叫LockSupport.unpark(Thread thread)可喚醒目標執行緒，目標執行緒的狀態又會從WAITING狀態轉換到RUNNABLE。

RUNNABLE與TIMED_WAITING狀態轉換

總體上可以分為五種場景。

場景一

呼叫帶超時引數的Thread.sleep(long millis)方法；

場景二

獲得synchronized隱式鎖的執行緒，呼叫帶超時引數的Object.wait(long timeout)引數；

場景三

呼叫帶超時引數的Thread.join(long millis)方法；

場景四

呼叫帶超時引數的LockSupport.parkNanos(Object blocker, long deadline)方法；

場景五

呼叫帶超時引數的LockSuppor.parkUntil(long deadline)方法。

從NEW到RUNNABLE狀態

Java剛建立出來的Thread物件就是NEW狀態，建立Thread物件主要有兩種方法，一種是繼承Thread物件，重寫run()方法；另一種是實現Runnable介面，重寫run()方法。

注意：這裡說的是建立Thread物件的方法，而不是建立執行緒的方法，建立執行緒的方法包含建立Thread物件的方法。

繼承Thread物件

public class ChildThread extends Thread{
    @Override
    public void run(){
        //執行緒中需要執行的邏輯
    }
}
//建立執行緒物件
ChildThread childThread = new ChildThread();

實現Runnable介面

public class ChildRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run(){
        //執行緒中需要執行的邏輯
    }
}
//建立執行緒物件
Thread childThread = new Thread(new ChildRunnable());

處於NEW狀態的執行緒不會被作業系統排程，因此也就不會執行。Java中的執行緒要執行，就需要轉換到RUNNABLE狀態。從NEW狀態轉換到RUNNABLE狀態，只需要呼叫執行緒物件的start()方法即可。

//建立執行緒物件
Thread childThread = new Thread(new ChildRunnable());
//呼叫start()方法使執行緒從NEW狀態轉換到RUNNABLE狀態
childThread.start();

RUNNABLE到TERMINATED狀態

執行緒執行完run()方法後，或者執行run()方法的時候丟擲異常，都會終止，此時為TERMINATED狀態。如果我們需要中斷run()方法，可以呼叫interrupt()方法。

 

點選關注，第一時間瞭解華為雲新鮮技術~

相關文章