Java多線程學習(三)---線程的生命周期

線程生命周期

摘要：

當線程被創建並啟動以后，它既不是一啟動就進入了執行狀態，也不是一直處於執行狀態。在線程的生命周期中，它要經過新建(New)、就緒（Runnable）、運行（Running）、阻塞(Blocked)和死亡(Dead)5種狀態。尤其是當線程啟動以后，它不可能一直"霸占"着CPU獨自運行，所以CPU需要在多條線程之間切換，於是線程狀態也會多次在運行、阻塞之間切換

1. 新建狀態，當程序使用new關鍵字創建了一個線程之后，該線程就處於新建狀態，此時僅由JVM為其分配內存，並初始化其成員變量的值

2. 就緒狀態，當線程對象調用了start()方法之后，該線程處於就緒狀態。Java虛擬機會為其創建方法調用棧和程序計數器，等待調度運行

3. 運行狀態，如果處於就緒狀態的線程獲得了CPU，開始執行run()方法的線程執行體，則該線程處於運行狀態

4. 阻塞狀態，當處於運行狀態的線程失去所占用資源之后，便進入阻塞狀態

5. 在線程的生命周期當中，線程的各種狀態的轉換過程

一、新建和就緒狀態

當程序使用new關鍵字創建了一個線程之后，該線程就處於新建狀態，此時它和其他的Java對象一樣，僅僅由Java虛擬機為其分配內存，並初始化其成員變量的值。此時的線程對象沒有表現出任何線程的動態特征，程序也不會執行線程的線程執行體。

當線程對象調用了start()方法之后，該線程處於就緒狀態。Java虛擬機會為其創建方法調用棧和程序計數器，處於這個狀態中的線程並沒有開始運行，只是表示該線程可以運行了。至於該線程何時開始運行，取決於JVM里線程調度器的調度。

注意：啟動線程使用start()方法，而不是run()方法。永遠不要調用線程對象的run()方法。調用start0方法來啟動線程，系統會把該run()方法當成線程執行體來處理；但如果直按調用線程對象的run()方法，則run()方法立即就會被執行，而且在run()方法返回之前其他線程無法並發執行。也就是說，系統把線程對象當成一個普通對象，而run()方法也是一個普通方法，而不是線程執行體。需要指出的是，調用了線程的run()方法之后，該線程已經不再處於新建狀態，不要再次調用線程對象的start()方法。只能對處於新建狀態的線程調用start()方法，否則將引發IllegaIThreadStateExccption異常。

調用線程對象的start()方法之后，該線程立即進入就緒狀態——就緒狀態相當於"等待執行"，但該線程並未真正進入運行狀態。如果希望調用子線程的start()方法后子線程立即開始執行，程序可以使用Thread.sleep(1) 來讓當前運行的線程（主線程）睡眠1毫秒，1毫秒就夠了，因為在這1毫秒內CPU不會空閑，它會去執行另一個處於就緒狀態的線程，這樣就可以讓子線程立即開始執行。

二、運行和阻塞狀態

2.1 線程調度

如果處於就緒狀態的線程獲得了CPU，開始執行run()方法的線程執行體，則該線程處於運行狀態，如果計算機只有一個CPU。那么在任何時刻只有一個線程處於運行狀態，當然在一個多處理器的機器上，將會有多個線程並行執行；當線程數大於處理器數時，依然會存在多個線程在同一個CPU上輪換的現象。

當一個線程開始運行后，它不可能一直處於運行狀態（除非它的線程執行體足夠短，瞬間就執行結束了）。線程在運行過程中需要被中斷，目的是使其他線程獲得執行的機會，線程調度的細節取決於底層平台所采用的策略。對於采用搶占式策略的系統而言，系統會給每個可執行的線程一個小時間段來處理任務；當該時間段用完后，系統就會剝奪該線程所占用的資源，讓其他線程獲得執行的機會。在選擇下一個線程時，系統會考慮線程的優先級。

所有現代的桌面和服務器操作系統都采用搶占式調度策略，但一些小型設備如手機則可能采用協作式調度策略，在這樣的系統中，只有當一個線程調用了它的sleep()或yield()方法后才會放棄所占用的資源——也就是必須由該線程主動放棄所占用的資源。

2.2 線程阻塞

當發生如下情況時，線程將會進入阻塞狀態

① 線程調用sleep()方法主動放棄所占用的處理器資源

② 線程調用了一個阻塞式IO方法，在該方法返回之前，該線程被阻塞

③ 線程試圖獲得一個同步監視器，但該同步監視器正被其他線程所持有。關於同步監視器的知識、后面將存更深入的介紹

④ 線程在等待某個通知（notify）

⑤ 程序調用了線程的suspend()方法將該線程掛起。但這個方法容易導致死鎖，所以應該盡量避免使用該方法

當前正在執行的線程被阻塞之后，其他線程就可以獲得執行的機會。被阻塞的線程會在合適的時候重新進入就緒狀態，注意是就緒狀態而不是運行狀態。也就是說，被阻塞線程的阻塞解除后，必須重新等待線程調度器再次調度它。

2.3 解除阻塞

針對上面幾種情況，當發生如下特定的情況時可以解除上面的阻塞，讓該線程重新進入就緒狀態：

① 調用sleep()方法的線程經過了指定時間。

② 線程調用的阻塞式IO方法已經返回。

③ 線程成功地獲得了試圖取得的同步監視器。

④ 線程正在等待某個通知時，其他線程發出了個通知。

⑤ 處於掛起狀態的線程被調甩了resdme()恢復方法。

圖 2.1 線程狀態轉換圖

從圖2.1中可以看出，線程從阻塞狀態只能進入就緒狀態，無法直接進入運行狀態。而就緒和運行狀態之間的轉換通常不受程序控制，而是由系統線程調度所決定。當處於就緒狀態的線程獲得處理器資源時，該線程進入運行狀態；當處於運行狀態的線程失去處理器資源時，該線程進入就緒狀態。但有一個方法例外，調用yield()方法可以讓運行狀態的線程轉入就緒狀態。關於yield()方法后面有更詳細的介紐。

三、線程死亡

3.1 死亡狀態

線程會以如下3種方式結束，結束后就處於死亡狀態：

① run()或call()方法執行完成，線程正常結束。

② 線程拋出一個未捕獲的Exception或Error。

③ 直接調用該線程stop()方法來結束該線程——該方法容易導致死鎖，通常不推薦使用。

3.2 程序設計

當主線程結束時，其他線程不受任何影響，並不會隨之結束。一旦子線程啟動起來后，它就擁有和主線程相同的地位，它不會受主線程的影響。為了測試某個線程是否已經死亡，可以調用線程對象的isAlivc()方法，當線程處於就緒、運行、阻塞了種狀態時，該方法將返回true；當線程處於新建、死亡狀態時，該方法將返回false。

不要試圖對一個已經死亡的線程調用start()方法使它重新啟動，死亡就是死亡，該線程將不可再次作為線程執行。

下面程序嘗試對處於死亡狀態的線程再次調用start()。

1. package test;
2. public class StartDead extends Thread {
3.    private int i;
4.  
5.    // 重寫 run方法，run方法的方法體就是線程執行體
6.    public void run() {
7.       for (; i < 100; i++) {
8.          System.out.println(getName() + "" + i);
9.       }
10.    }
11.  
12.    public static void main(String[] args) {
13.       // 創建線程對象
14.       StartDead sd = new StartDead();
15.       for (int i = 0; i < 300; i++) {
16.          // 調用 Thread的currentThread方法獲取當前線程
17.          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "" + i);
18.          if (i == 20) {
19.             // 啟動線程
20.             sd.start();
21.             // 判斷啟動后線程的 isAlive()值，輸出true
22.             System.out.println(sd.isAlive());
23.          }
24.          // 只有當線程處於新建、死亡兩種狀態時 isAlive()方法返回false。
25.          // 當 i > 20，則該線程肯定已經啟動過了，如果sd.isAlive()為假時，
26.          // 那只能是死亡狀態了。
27.          if (i > 20 && !sd.isAlive())
28.  
29.          {
30.             // 試圖再次啟動該線程
31.             sd.start();
32.          }
33.       }
34.    }
35. }

3.3 運行結果

main 0 main 1 main 2 main 3 main 4 main 5 main 6 main 7 main 8 main 9 main 10	main 11 main 12 main 13 main 14 main 15 main 16 main 17 main 18 main 19 main 20 true	main 21 ………… Thread-0 0 Thread-0 1 Thread-0 2 Thread-0 3 Thread-0 4 Thread-0 5 Thread-0 6 Thread-0 7 Thread-0 8	……………… Thread-0 92 Thread-0 93 Thread-0 94 Thread-0 95 Thread-0 96 Thread-0 97 Thread-0 98 Thread-0 99 main 25 Exception
				main→主線程 Thread-0→線程1 Exception→異常

上面程序中的粗體字代碼試圖在線程已死亡的情況下再次調用start()方法來啟動該線程。運行上面程序，將引發IllegaIThreadStateException異常，這表明處於死亡狀態的線程無法再次運行了。

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