10 張圖聊聊線程的生命周期和常用 APIs

今天我們來(lái)說(shuō)一下線程的生命周期和常用 APIs：我們需要非常清楚的知道線程的各種狀態(tài)，比如排查程序運(yùn)行慢的原因時(shí)，就需要看下是不是哪里被阻塞了；另外它也是面試時(shí)非常喜歡問的，如果基礎(chǔ)內(nèi)容都答不好，恐怕直接就掛了。

本文分為兩大部分，

1. 線程的 6 大狀態(tài)；
2. 多線程常用的 APIs：
1. join()
2. wait()
3. notify()
4. yield()
5. sleep()
6. currentThread()
7. getName()
8. getId()
9. getPriority()
10. setPriority()
11. stop()

線程狀態(tài)

關(guān)于線程的狀態(tài)，網(wǎng)上各種說(shuō)法都有，比較流行的是 5 種或者 6 種。關(guān)于 5 種狀態(tài)的那個(gè)版本我沒有找到理論依據(jù)，如果有小伙伴清楚的也歡迎留言指出。

我這里所寫的是根據(jù) java.lang.Thread 的源碼，線程有以下 6 大狀態(tài)：

public?enum?State?{
??NEW,
??RUNNABLE,
??BLOCKED,
??WAITTING,
??TIMED_WAITTING,
??TERMINATED;
}

先上圖，我們?cè)僖来蝸?lái)看。

1. New

A thread that has not yet started is in this state.

就是指線程剛創(chuàng)建，還沒啟動(dòng)的時(shí)候，比如剛 new 了一個(gè) thread。

MyThread?myThread?=?new?MyThread();

2. Runnable

A thread is executing in the Java virtual machine but it may be waiting for other resources from the operating system such as processor.

那么接下來(lái)，自然就是要啟動(dòng)線程了，也就是調(diào)用 thread 的 start() 方法。

myThread.start();

啟動(dòng)之后，線程就進(jìn)入了 Runnable 狀態(tài)。

此時(shí)所有的線程都會(huì)添加到一個(gè)等待隊(duì)列里，等待“CPU 調(diào)度”。

如果搶占到 CPU 的資源，那就執(zhí)行；如果沒搶到，就等著唄，等當(dāng)前正在執(zhí)行的線程完成它能執(zhí)行的時(shí)間片之后，再次搶占。

要注意這里在等待的一般是系統(tǒng)資源，而不是鎖或者其他阻塞。

3. Blocked

Thread state for a thread blocked waiting for a monitor lock.
A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock to enter a synchronized block/method or reenter a synchronized block/method after calling wait() Object.

這里給出了非常明確的 use case，就是被鎖在外面的才叫阻塞。所以這里必須要有至少 2 個(gè)線程。

4. Waiting

A thread in the waiting state is waiting for another thread to perform a particular action.

那具體有哪些原因呢？

A thread is in the waiting state due to calling one of the following methods:

• Object.wait with no timeout
• Thread.join with no timeout
• LockSupport.park

所以說(shuō)，當(dāng)調(diào)用了

• wait()，
• join()，
• park()
  方法之后，線程進(jìn)入等待狀態(tài)。

這里的等待狀態(tài)是沒有時(shí)間限制的，可以無(wú)限的等下去... 所以需要有人來(lái)喚醒：

1. 如果是通過 wait() 進(jìn)入等待狀態(tài)的，需要有 notify() 或者 notifyAll() 方法來(lái)喚醒；
2. 如果是通過 join() 進(jìn)入等待狀態(tài)的，需要等待目標(biāo)線程運(yùn)行結(jié)束。

比如在生產(chǎn)者消費(fèi)者模型里，當(dāng)沒有商品的時(shí)候，消費(fèi)者就需要等待，等待生產(chǎn)者生產(chǎn)好了商品發(fā) notify()。下一篇文章我們會(huì)細(xì)講。

5. Timed_waiting

導(dǎo)致這個(gè)狀態(tài)的原因如下：

• Thread.sleep
• Object.wait with timeout
• Thread.join with timeout
• LockSupport.parkNanos
• LockSupport.parkUntil

其實(shí)就是在上一種狀態(tài)的基礎(chǔ)上，給了具體的時(shí)間限制。

那么當(dāng)時(shí)間結(jié)束后，線程就解放了。

6. Terminated

A thread that has exited is in this state.

這里有 3 種情況會(huì)終止線程：

• 執(zhí)行完所有代碼，正常結(jié)束；
• 強(qiáng)制被結(jié)束，比如調(diào)用了 stop() 方法，現(xiàn)在已經(jīng)被棄用；
• 拋出了未捕獲的異常。

線程一旦死亡就不能復(fù)生。

如果在一個(gè)死去的線程上調(diào)用 start() 方法，那么程序會(huì)拋出 java.lang.IllegalThreadStateException。

接下來(lái)我們說(shuō)說(shuō)多線程中常用的 11 個(gè) APIs。

APIs

1. join()

join() 方法會(huì)強(qiáng)制讓該線程執(zhí)行，并且一直會(huì)讓它執(zhí)行完。

比如上一篇文章的例子是兩個(gè)線程交替執(zhí)行的，那么我們這里該下，改成調(diào)用小齊線程.join()，那么效果就是先輸出 小齊666。

public?class?MyRunnable?implements?Runnable?{
????@Override
????public?void?run()?{
????????for(int?i?=?0;?i?100;?i++)?{
????????????System.out.println("小齊666："?+?i);
????????}
????}

????public?static?void?main(String[]?args)?throws?InterruptedException?{
????????Thread?t?=?new?Thread(new?MyRunnable());
????????t.start();
????????t.join();

????????for(int?i?=?0;?i?100;?i++)?{
????????????System.out.println("主線程"?+?i?+?"：齊姐666");
????????}
????}
}

所以 join() 能夠保證某個(gè)線程優(yōu)先執(zhí)行，而且會(huì)一直讓它執(zhí)行完，再回歸到公平競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)。

join() 方法其實(shí)是用 wait() 來(lái)實(shí)現(xiàn)的，我們來(lái)看下這個(gè)方法。

2. wait() and notify()

wait() 其實(shí)并不是 Thread 類的方法，而是 Object 里面的方法。

該方法就是讓當(dāng)前對(duì)象等待，直到另一個(gè)對(duì)象調(diào)用 notify() 或者 notifyAll()。

當(dāng)然了，我們也可以設(shè)定一個(gè)等待時(shí)長(zhǎng)，到時(shí)間之后對(duì)象將會(huì)自動(dòng)蘇醒。

4. yield()

yield 本身的中文意思是屈服，用在這里倒也合適。

yield() 表示當(dāng)前線程主動(dòng)讓出 CPU 資源一下，然后我們?cè)僖黄鹑尅?/p>

注意這里讓一下真的只是一下，從“執(zhí)行中”回到“等待 CPU 分配資源”，然后所有線程再一起搶占資源。

5. sleep()

顧名思義，這個(gè)方法就是讓當(dāng)前線程睡一會(huì)，比如說(shuō)，

myThread.sleep(1000);?//?睡眠?1?秒鐘

它會(huì)拋出一個(gè) InterruptedException 異常，所以還要 try catch 一下。

6. currentThread()

Returns a reference to the currently executing thread object.

該方法是獲取當(dāng)前線程對(duì)象。

注意它是一個(gè) static 方法，所以直接通過 Thread 類調(diào)用。

比如打印當(dāng)前線程

System.out.println(Thread.currentThread());

前文的例子中，它會(huì)輸出：

Thread[Thread-0,5,main]
Thread[main,5,main]

沒錯(cuò)，它的返回值也是 Thread 類型。

7. getName()

該方法可以獲取當(dāng)前線程名稱。

這個(gè)名稱可以自己設(shè)置，比如：

Thread?t?=?new?Thread(new?MyRunnable(),?"壹齊學(xué)");

8. getId()

該方法是獲取線程的 Id.

9. getPriority()

線程也有優(yōu)先級(jí)的哦～

雖然優(yōu)先級(jí)高的線程并不能百分百保證一定會(huì)先執(zhí)行，但它是有更大的概率被先執(zhí)行的。

優(yōu)先級(jí)的范圍是 1-10，我們來(lái)看源碼：

????/**
?????*?The?minimum?priority?that?a?thread?can?have.
?????*/
????public?final?static?int?MIN_PRIORITY?=?1;

???/**
?????*?The?default?priority?that?is?assigned?to?a?thread.
?????*/
????public?final?static?int?NORM_PRIORITY?=?5;

????/**
?????*?The?maximum?priority?that?a?thread?can?have.
?????*/
????public?final?static?int?MAX_PRIORITY?=?10;

如果不在這個(gè)范圍，JDK 拋出 IllegalArgumentException() 的異常。

10. setPriority()

當(dāng)然啦，我們也是可以自己設(shè)置某個(gè)線程的優(yōu)先級(jí)的。

設(shè)置的優(yōu)先級(jí)也需要在規(guī)定的 1-10 的范圍內(nèi)哦，如果不在這個(gè)范圍也會(huì)拋異常。

11. stop()

最后我們來(lái)說(shuō)下 stop() 方法，也是前文提到過的強(qiáng)制停止線程的一種方式，但現(xiàn)在已被棄用，因?yàn)闀?huì)引起一些線程安全方面的問題。

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