JAVA 線程狀態及轉化

線程狀態圖

說明：
線程共包括以下5種狀態。
1. 新建狀態(New)         : 線程對象被創建后，就進入了新建狀態。例如，Thread thread = new Thread()。
2. 就緒狀態(Runnable): 也被稱為“可執行狀態”。線程對象被創建后，其它線程調用了該對象的start()方法，從而來啟動該線程。例如，thread.start()。處於就緒狀態的線程，隨時可能被CPU調度執行。
3. 運行狀態(Running) : 線程獲取CPU權限進行執行。需要注意的是，線程只能從就緒狀態進入到運行狀態。
4. 阻塞狀態(Blocked)  : 阻塞狀態是線程因為某種原因放棄CPU使用權，暫時停止運行。直到線程進入就緒狀態，才有機會轉到運行狀態。阻塞的情況分三種：
    (01) 等待阻塞 -- 通過調用線程的wait()方法，讓線程等待某工作的完成。
    (02) 同步阻塞 -- 線程在獲取synchronized同步鎖失敗(因為鎖被其它線程所占用)，它會進入同步阻塞狀態。
    (03) 其他阻塞 -- 通過調用線程的sleep()或join()或發出了I/O請求時，線程會進入到阻塞狀態。當sleep()狀態超時、join()等待線程終止或者超時、或者I/O處理完畢時，線程重新轉入就緒狀態。
5. 死亡狀態(Dead)    : 線程執行完了或者因異常退出了run()方法，該線程結束生命周期。

 

1. wait(), notify(), notifyAll()等方法介紹

在Object.java中，定義了wait(), notify()和notifyAll()等接口。wait()的作用是讓當前線程進入等待狀態，同時，wait()也會讓當前線程釋放它所持有的鎖。而notify()和notifyAll()的作用，則是喚醒當前對象上的等待線程；notify()是喚醒單個線程，而notifyAll()是喚醒所有的線程。

Object類中關於等待/喚醒的API詳細信息如下：
notify()        -- 喚醒在此對象監視器上等待的單個線程。
notifyAll()   -- 喚醒在此對象監視器上等待的所有線程。
wait()                                         -- 讓當前線程處於“等待(阻塞)狀態”，“直到其他線程調用此對象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法”，當前線程被喚醒(進入“就緒狀態”)。
wait(long timeout)                    -- 讓當前線程處於“等待(阻塞)狀態”，“直到其他線程調用此對象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法，或者超過指定的時間量”，當前線程被喚醒(進入“就緒狀態”)。
wait(long timeout, int nanos)  -- 讓當前線程處於“等待(阻塞)狀態”，“直到其他線程調用此對象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法，或者其他某個線程中斷當前線程，或者已超過某個實際時間量”，當前線程被喚醒(進入“就緒狀態”)。

2. 為什么notify(), wait()等函數定義在Object中，而不是Thread中

Object中的wait(), notify()等函數，和synchronized一樣，會對“對象的同步鎖”進行操作。

wait()會使“當前線程”等待，因為線程進入等待狀態，所以線程應該釋放它鎖持有的“同步鎖”，否則其它線程獲取不到該“同步鎖”而無法運行！
OK，線程調用wait()之后，會釋放它鎖持有的“同步鎖”；而且，根據前面的介紹，我們知道：等待線程可以被notify()或notifyAll()喚醒。現在，請思考一個問題：notify()是依據什么喚醒等待線程的？或者說，wait()等待線程和notify()之間是通過什么關聯起來的？答案是：依據“對象的同步鎖”。

負責喚醒等待線程的那個線程(我們稱為“喚醒線程”)，它只有在獲取“該對象的同步鎖”(這里的同步鎖必須和等待線程的同步鎖是同一個)，並且調用notify()或notifyAll()方法之后，才能喚醒等待線程。雖然，等待線程被喚醒；但是，它不能立刻執行，因為喚醒線程還持有“該對象的同步鎖”。必須等到喚醒線程釋放了“對象的同步鎖”之后，等待線程才能獲取到“對象的同步鎖”進而繼續運行。

總之，notify(), wait()依賴於“同步鎖”，而“同步鎖”是對象鎖持有，並且每個對象有且僅有一個！這就是為什么notify(), wait()等函數定義在Object類，而不是Thread類中的原因。

 3. yield()介紹

yield()的作用是讓步。它能讓當前線程由“運行狀態”進入到“就緒狀態”，從而讓其它具有相同優先級的等待線程獲取執行權；但是，並不能保證在當前線程調用yield()之后，其它具有相同優先級的線程就一定能獲得執行權；也有可能是當前線程又進入到“運行狀態”繼續運行！

4. yield() 與 wait()的比較

我們知道，wait()的作用是讓當前線程由“運行狀態”進入“等待(阻塞)狀態”的同時，也會釋放同步鎖。而yield()的作用是讓步，它也會讓當前線程離開“運行狀態”。它們的區別是：
(01) wait()是讓線程由“運行狀態”進入到“等待(阻塞)狀態”，而不yield()是讓線程由“運行狀態”進入到“就緒狀態”。
(02) wait()是會線程釋放它所持有對象的同步鎖，而yield()方法不會釋放鎖。

// YieldLockTest.java 的源碼
public class YieldLockTest{ 

    private static Object obj = new Object();

    public static void main(String[] args){ 
        ThreadA t1 = new ThreadA("t1"); 
        ThreadA t2 = new ThreadA("t2"); 
        t1.start(); 
        t2.start();
    } 

    static class ThreadA extends Thread{
        public ThreadA(String name){ 
            super(name); 
        } 
        public void run(){ 
            // 獲取obj對象的同步鎖
            synchronized (obj) {
                for(int i=0; i <10; i++){ 
                    System.out.printf("%s [%d]:%d\n", this.getName(), this.getPriority(), i); 
                    // i整除4時，調用yield
                    if (i%4 == 0)
                        Thread.yield();
                }
            }
        } 
    } 
}

(某一次)運行結果：

t1 [5]:0
t1 [5]:1
t1 [5]:2
t1 [5]:3
t1 [5]:4
t1 [5]:5
t1 [5]:6
t1 [5]:7
t1 [5]:8
t1 [5]:9
t2 [5]:0
t2 [5]:1
t2 [5]:2
t2 [5]:3
t2 [5]:4
t2 [5]:5
t2 [5]:6
t2 [5]:7
t2 [5]:8
t2 [5]:9

結果說明：
主線程main中啟動了兩個線程t1和t2。t1和t2在run()會引用同一個對象的同步鎖，即synchronized(obj)。在t1運行過程中，雖然它會調用Thread.yield()；但是，t2是不會獲取cpu執行權的。因為，t1並沒有釋放“obj所持有的同步鎖”！

5. sleep()介紹

sleep() 定義在Thread.java中。
sleep() 的作用是讓當前線程休眠，即當前線程會從“運行狀態”進入到“休眠(阻塞)狀態”。sleep()會指定休眠時間，線程休眠的時間會大於/等於該休眠時間；在線程重新被喚醒時，它會由“阻塞狀態”變成“就緒狀態”，從而等待cpu的調度執行。

6. sleep() 與 wait()的比較

我們知道，wait()的作用是讓當前線程由“運行狀態”進入“等待(阻塞)狀態”的同時，也會釋放同步鎖。而sleep()的作用是也是讓當前線程由“運行狀態”進入到“休眠(阻塞)狀態”。
但是，wait()會釋放對象的同步鎖，而sleep()則不會釋放鎖。
下面通過示例演示sleep()是不會釋放鎖的。

// SleepLockTest.java的源碼
public class SleepLockTest{ 

    private static Object obj = new Object();

    public static void main(String[] args){ 
        ThreadA t1 = new ThreadA("t1"); 
        ThreadA t2 = new ThreadA("t2"); 
        t1.start(); 
        t2.start();
    } 

    static class ThreadA extends Thread{
        public ThreadA(String name){ 
            super(name); 
        } 
        public void run(){ 
            // 獲取obj對象的同步鎖
            synchronized (obj) {
                try {
                    for(int i=0; i <10; i++){ 
                        System.out.printf("%s: %d\n", this.getName(), i); 
                        // i能被4整除時，休眠100毫秒
                        if (i%4 == 0)
                            Thread.sleep(100);
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        } 
    } 
}

主線程main中啟動了兩個線程t1和t2。t1和t2在run()會引用同一個對象的同步鎖，即synchronized(obj)。在t1運行過程中，雖然它會調用Thread.sleep(100)；但是，t2是不會獲取cpu執行權的。因為，t1並沒有釋放“obj所持有的同步鎖”！
注意，若我們注釋掉synchronized (obj)后再次執行該程序，t1和t2是可以相互切換的。