歡迎來到《並發王者課》，本文是該系列文章中的第8篇。
在本篇文章中，我將從多線程的本質出發，為你介紹線程相關的狀態和它們的變遷方式，並幫助你掌握這塊知識點。
一、多線程的本質是分工協作
如果你是王者的玩家，那么你一定知道王者中的眾多英雄分為主要分為幾類，比如法師、戰士、坦克、輔助等等。一些玩家對這些分類可能並不了解，甚至會覺得，干嘛要搞得這么復雜，干不完了嘛。這...當然不可以！
抱此想法的如果不是青銅玩家，想必就是戰場上的那些個人英雄主義玩家，在他們眼里沒有團隊。然而，只有王者知道，比賽勝利的關鍵，在於團隊的分工協作。各自為戰必將一團亂麻、潰不成軍，正所謂單絲不成線，獨木難成林。
分工協作無處不在，峽谷中需要分工協作，現實中我們的工作更是社會化分工的結果，因為社會的本質就是分工協作。
而我要告訴你的是，在並發編程里，多線程的本質也是分工協作，每個線程恰似一個英雄，有着自己的職責、狀態和技能（動作方法）。所謂線程的狀態、方法實現不過都是為了完成線程間的分工協作。換句話說，線程狀態的存在不是目的，而是實現分工協作的方式。所以，理解線程的線程狀態和驅動方法，首先要理解它們為什么而存在。
二、從協作認知線程的狀態
線程的狀態是線程在協作過程中的瞬時特征。根據協作的需要，線程總共有六種狀態，分別是NEW、RUNNABLE、WAITING、TIMED_WAITING、BLOCKED和TERMINATED等。比如，我們創建一個英雄哪吒的線程neZhaPlayer：
Thread neZhaPlayer = new Thread(new NeZhaRunnable());
那么，線程創建之后，接下來它將在下圖所示的六種狀態中變遷。剛創建的線程處於NEW的狀態，而如果我們調用neZhaPlayer.start()，那它將會進入RUNNABLE狀態。
六種不同狀態的含義是這樣的：
- NEW：線程新建但尚未啟動時所處的狀態，比如上面的
neZhaPlayer； - RUNNABLE：在 Java 虛擬機中執行的線程所處狀態。需要注意的是，雖然線程當前正在被執行，但可能正在等待其他線程釋放資源；
- WAITING：無限期等待另一個線程執行特定操作來解除自己的等待狀態；
- TIMED_WAITING：限時等待另一個線程執行或自我解除等待狀態；
- BLOCKED：被阻塞等待其他線程釋放Monitor Lock；
- TERMINATED：線程執行結束。
在任意特定時刻，一個線程都只能處於上述六種狀態中的一種。需要你注意的是RUNNABLE這個狀態，它有些特殊。確切地說，它包含READY和RUNNING兩個細分狀態，下一章節的圖示中有明確標示。
另外，前面我們已經介紹過Thread類，對於線程各狀態的表述，你可以直接閱讀JDK中的Thread.State枚舉，並可以通過Thread.getState()查看當前線程的瞬時狀態。
三、從線程狀態變遷看背后的方法驅動
和人類的交流類似，在多線程的協作時，它們也需要交流。所以，線程狀態的變遷需就要不同的方法來實現交流，比如剛創建的線程需要通過調用start()將線程狀態由NEW變遷為RUNNABLE。
下圖所展示的正是線程間的狀態變遷以及相關的驅動方法，你可以先大概瀏覽一遍，隨后再結合下文的各關鍵方法的表述深入理解。
需要注意的是，本文不會詳細介紹線程狀態相關的所有方法，這既不現實也毫無必要。上面這幅寶藏圖示是理解本文所述知識的核心，下面所介紹的幾個主要方法也並非為了你記憶，而是為了讓你更好理解上面這幅圖。
在你理解了這幅寶圖之后，你便可以完全自行去了解其他更多的方法。
1. start：對戰開始，敵軍還有5秒到達戰場
public class NeZhaRunnable implements Runnable {
public void run() {
System.out.println("我是哪吒，我去上路");
}
}
Thread neZhaPlayer = new Thread(new NeZhaRunnable());
neZhaPlayer.start();
start()方法主要將完成線程狀態從NEW到RUNNABLE的變遷，這里有兩個點：
- 創建新的線程；
- 由新的線程執行其中的
run()方法。
需要注意的是，你不可以重復調用start()方法，否則會拋出IllegalThreadStateException異常。
2. wait和notify：我在等你，好了請告訴我
哪吒每次在使用完大招后，都需要經歷幾十秒的冷卻時間才可以再次使用，接下來我們通過代碼片段來模擬這個過程。
我們先定義一個Player類，這個類中包含了fight()和refreshSkills()兩個方法，分別用於進攻和技能刷新，代碼片段如下。
public class Player {
public void fight() {
System.out.println("大招未就緒，冷卻中...");
synchronized (this) {
try {
this.wait();
System.out.println("大招已就緒，發起進攻！");
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("大招冷卻被中斷！");
}
}
}
public void refreshSkills() {
System.out.println("技能刷新中...");
synchronized (this) {
this.notifyAll();
System.out.println("技能已刷新！");
}
}
}
隨后，我們寫一段main()方法使用剛才創建的Player。注意，這里我們創建了兩個線程分別調用Player中的不同方法。
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final Player neZha = new Player();
Thread neZhaFightThread = new Thread() {
public void run() {
neZha.fight();
}
};
Thread skillRefreshThread = new Thread() {
public void run() {
neZha.refreshSkills();
}
};
neZhaFightThread.start();
skillRefreshThread.start();
}
代碼運行結果如下：
大招未就緒，冷卻中...
技能刷新中...
技能已刷新！
大招已就緒，發起進攻！
Process finished with exit code 0
從運行的結果看，符合預期。相信你已經看到了，在上面的代碼中我們使用了wait()和notify()兩個函數。這兩個線程是如何協作的呢？往下看。
首先，neZhaAttachThread調用了neZha.fight()這個方法。可是，當哪吒想發起進攻的時候，竟然大招還沒有冷卻！於是，這個線程不得不通過wait()方法進入等待隊列。
緊接着，skillRefreshThread調用了neZha.refreshSkills()這個方法。並且，在執行結束后又調用了notify()方法。有趣的事情發生了，前面處於等待隊列中的neZhaAttachThread竟然又“復活”了，並且大喊了一聲：大招已經就緒，發起進攻！
這是怎么回事？理解這塊邏輯，你需要了解以下幾個知識點：
wait()：看到wait()時，你可以簡單粗暴地認為每個對象都有一個類似於休息室的等待隊列，而wait()正是把當前線程送進了等待隊列並暫停繼續執行；notify()：如果說wait()是把當前線程送進了等待隊列，那么notify()則是從等待隊列中取出線程。此外，和notify()具有相似功能的還有個notifyAll()。與notify()不同的是，notifyAll()會取出等待隊列中的所有線程；
看到這，你是不是覺得wait()和notify()簡直是完美的一對？其實不然。真相不僅不完美，還很不靠譜！
wait()和notify()在執行時都必須先獲得鎖，這也是你在代碼中看到synchronized的原因。notify()在釋放鎖的時候，會從等待隊列中取出線程，此時的線程必須獲得鎖之后才能繼續運行。那么，問題來了。如果隊列中有多個線程時，notify()能取出指定的線程嗎？答案是不能！
換句話說，如果隊列中有多個線程，你將無法預料后續的執行結果！notifyAll()雖然可以取出所有的線程，但最終也只能有一個線程能獲得鎖。
是不是有點懵？懵就對了。所以你看，wait()和notify()是不是很不靠譜？因此，如果你需要在項目代碼中使用它們，請務必要小心謹慎！
此外，如果你閱讀過《Effective Java》，可以看到在這本書里作者Josh Bloch也是強烈建議不要隨便使用這對組合。因為它們就像Java中的“匯編語言”，確實復雜且不容易控制，如果有相似的並發場景需要處理，可以考慮使用Java中的其他高級的並發工具。
3. interrupt：做完這一單，我就退隱江湖
在王者的游戲中，如果英雄血量沒了，可以回城補血。回城大概需要5秒左右，如果在回城的過程中，突然被攻擊或需要移位，那么回城就會中斷。接下來，下面我們看看怎么模擬回城中的中斷。
現在Player中定義backHome()方法用於回城。
public void backHome() {
System.out.println("回城中...");
synchronized (this) {
try {
this.wait();
System.out.println("已回城");
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("回城被中斷！");
}
}
}
接下來啟動新的線程調用backHome()回城補血。
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final Player neZha = new Player();
Thread neZhaBackHomeThread = new Thread() {
public void run() {
neZha.backHome();
}
};
neZhaBackHomeThread.start();
neZhaBackHomeThread.interrupt();
}
運行結果如下：
回城中...
回城被中斷！
Process finished with exit code 0
可以看到，回城被中斷了，因為我們調用了interrupt()方法！那么，在線程中的中斷是怎么回事？往下看。
在Thread中，我們可以通過interrupt()中斷線程。然而，如果你細心的話，還會發現Thread中除了interrupt()方法之外，竟然還有兩個長相酷似的方法：interrupted()和isInterrupted()。這就要小心了。
interrupt()：將線程設置為中斷狀態；interrupted()：取消線程的中斷狀態；isInterrupted()：判斷線程是否處於中斷狀態，而不會變更線程狀態。
不得不說，interrupt()和interrupted()這兩個方法的命名實在糟糕，你在編碼時可不要學習它，方法的名字應該清晰明了表達出其意圖。
那么，當我們調用interrupt()時，所調用對象的線程會立即拋出InterruptedException異常嗎？其實不然，這里容易產生誤解。
interrupt()方法只是改變了線程中的中斷狀態而已，並不會直接拋出中斷異常。中斷異常的拋出必須是當前線程在執行wait()、sleep()、join()時才會拋出。換句話說，如果當前線程正在處理其他的邏輯運算，不會被中斷，直到下次運行wait()、sleep()、join()時！
4. join：稍等，等我結束你再開始
在前面的示例中，哪吒發起進攻和技能刷新兩個線程是同時開始的。然而，我們在前面已經說了wait()和notify()並不靠譜，所以我們想在技能刷新結束后再執行后續動作。
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final Player neZha = new Player();
Thread neZhaFightThread = new Thread() {
public void run() {
neZha.fight();
}
};
Thread skillRefreshThread = new Thread() {
public void run() {
neZha.refreshSkills();
}
};
skillRefreshThread.start();
skillRefreshThread.join(); //這里是重點
neZhaFightThread.start();
}
主線程調用join()時，會阻塞當前線程繼續運行，直到目標線程中的任務執行完畢。此外，在調用join()方法時，也可以設置超時時間。
小結
以上就是關於線程狀態及變遷的全部內容。在本文中，我們介紹了多線程的本質是協作，而狀態和動作方法是實現協作的方式。無論是面試還是其他的資料中，線程的狀態和方法都是重點。然而，我希望你明白了的是，對於本文知識點的掌握，不要從靜態的角度死記硬背，而是要動靜結合，從動態的方法認知靜態的狀態。
正文到此結束，恭喜你又上了一顆星✨
夫子的試煉
在本文中，我們並沒有提到yield()、Thread.sleep()和Thread.current()等方法。不過，如果你感興趣的話，不妨檢索資料：
- 了解
yield()並對比它和join()的不同； - 了解
wait()並對比它和Thread.sleep()的不同； - 了解
Thread.current()的主要用法和它的實現。
延伸閱讀
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