Java 解析執行緒的幾種狀態詳解

2022-03-02 13:00:19

1. 執行緒的5種狀態

從作業系統層面上，任何執行緒一般都具有五種狀態，即建立、就緒、執行、阻塞、終止。

(1) 新建狀態（NEW）

在程式中用構造方法建立一個新執行緒時，如new Thread()，該執行緒就是建立狀態，此時它已經有了相應的記憶體空間和其它資源，但是還沒有開始執行。

(2) 就緒狀態（READ）

新建執行緒物件後，呼叫該執行緒的start()方法就可以啟動執行緒。當執行緒啟動時，執行緒就進入就緒狀態（runnable）
由於還沒有分配CPU，執行緒將進入執行緒佇列排隊，等待CPU服務，這表明它已經具備了執行條件。當系統挑選一個等待執行的Thread物件後，它就會從等待狀態進入執行狀態。系統挑選的動作稱之為“CPU排程”。一旦獲得CPU，執行緒就進入執行狀態並自動呼叫自己的run方法。

(3) 執行狀態（RUNNING）

當就緒狀態的執行緒被呼叫並獲得處理器資源時，執行緒就進入了執行狀態。此時，自動呼叫該執行緒物件的run()方法。

(4) 阻塞狀態（ BLOCKED）

一個正在執行的執行緒在某些特殊情況下，如被人為掛起或需要執行耗時的輸入輸出操作時，將讓出CPU並暫時中止自己的執行，進入堵塞狀態。

在可執行狀態下，如果呼叫sleep()、suspend()、wait()等方法，執行緒都將進入阻塞狀態。阻塞時，執行緒不能進入排隊佇列，只能當引起阻塞的原因被消除後，執行緒轉入就緒狀態，重新到就緒佇列中排隊等待，這時被CPU排程選中後會從原來停止的位置開始繼續執行。

記住：阻塞被消除後是回到就緒狀態，不是執行狀態。

(5) 死亡狀態（TERMINATED）

執行緒呼叫stop(), destory()或run()執行結束後，執行緒即處於死亡狀態。處於死亡狀態的執行緒不具有繼續執行的能力。

2. Java執行緒的6種狀態

Java中執行緒的生命週期分為6種狀態。Thread類有一個範例屬性和一個實體方法專門用於儲存和獲取執行緒的狀態。其中，用於儲存執行緒Thread範例狀態的範例屬性為：

// 以整數的形式儲存執行緒的狀態
private volatile int threadStatus = 0;
// 返回當前執行緒的狀態，一個列舉型別值
public State getState() {
    return sun.misc.VM.toThreadState(threadStatus);
}

Thread.State是一個內部列舉類，定義了6個列舉常數，分別代表Java執行緒的6種狀態，具體如下：

public enum State {
    // 新建狀態
    NEW,
    // 執行狀態
    RUNNABLE,
    /**
     * 阻塞狀態
     * Object.wait
     */
    BLOCKED,
    /**
     *  等待狀態
     *  Object.wait
     *  Thread.join
     *  LockSupport.park
     */
    WAITING,
    /**
     *  限時等待狀態
     *  Thread.sleep
     *  Object.wait
     *  Thread.join
     *  LockSupport.parkUntil
     *  LockSupport.parkNanos
     */
    TIMED_WAITING,
    // 終止狀態
    TERMINATED;
}

有4種是比較常見的狀態，它們是：NEW（新建）狀態、RUNNABLE（可執行）狀態、TERMINATED（終止）狀態、TIMED_WAITING（限時等待）狀態。

(1) NEW狀態

Java原始碼對NEW狀態的說明是：建立成功但是沒有呼叫start()方法啟動的Thread執行緒範例都處於NEW狀態。

當然，並不是Thread執行緒範例的start()方法一經呼叫，其狀態就從NEW狀態到RUNNABLE狀態，此時並不意味著執行緒立即獲取CPU時間片並且立即執行，中間需要一系列作業系統的內部操作。

(2) RUNNABLE狀態

當呼叫了Thread範例的start()方法後，下一步如果執行緒獲取CPU時間片開始執行，JVM將非同步呼叫執行緒的run()方法執行其業務程式碼。那麼在run()方法被非同步呼叫之前，JVM做了哪些事情呢？當Java執行緒的Thread範例的start()方法被呼叫後，作業系統中的對應執行緒進入的並不是執行狀態，而是就緒狀態，而Java執行緒並沒有這個就緒狀態。作業系統中執行緒的就緒狀態是什麼狀態的呢？JVM的執行緒狀態與其幕後的作業系統執行緒狀態之間的轉換關係簡化後如圖：

一個作業系統執行緒如果處於就緒狀態，就表示“萬事俱備，只欠東風”，即該執行緒已經滿足執行條件，但是還不能執行。處於就緒狀態的執行緒需要等待系統的排程，一旦就緒狀態被系統選中，獲得CPU時間片，執行緒就開始佔用CPU，開始執行執行緒的程式碼，這時執行緒的作業系統狀態發生了改變，進入了執行狀態。

在作業系統中，處於執行狀態的執行緒在CPU時間片用完之後，又回到就緒狀態，等待CPU的下一次排程。就這樣，作業系統執行緒在就緒狀態和執行狀態之間被系統反覆地排程，這種情況會一直持續，直到執行緒的程式碼邏輯執行完成或者異常終止。這時執行緒的作業系統狀態又發生了改變，進入執行緒的最後狀態——TERMINATED狀態。

就緒狀態和執行狀態都是作業系統中的執行緒狀態。在Java語言中，並沒有細分這兩種狀態，而是將這兩種狀態合併成同一種狀態——RUNNABLE狀態。因此，在Thread.State列舉類中，沒有定義執行緒的就緒狀態和執行狀態，只是定義了RUNNABLE狀態。這就是Java執行緒狀態和作業系統中執行緒狀態不同的地方。

總之，NEW狀態的Thread範例呼叫了start()方法後，執行緒的狀態將變成RUNNABLE狀態。儘管如此，執行緒的run()方法不一定會馬上被並行執行，需要線上程獲取了CPU時間片之後才真正啟動並行執行。

(3) TERMINATED狀態

處於RUNNABLE狀態的執行緒在run()方法執行完成之後就變成終止狀態TERMINATED了。當然，如果在run()方法執行過程中發生了執行時異常而沒有被捕獲，run()方法將被異常終止，執行緒也會變成TERMINATED狀態。

(4) TIMED_WAITING狀態

執行緒處於一種特殊的等待狀態，準確地說，執行緒處於限時等待狀態。能讓執行緒處於限時等待狀態的操作大致有以下幾種：