面试官没想到,一个 Java 线程生命周期,我可以扯半小时

面试官:你不是精通 Java 并发吗?从基础的 Java 线程生命周期开始讲讲吧。

好的,面试官。吧啦啦啦…

如果要说 Java 线程的生命周期的话,那我觉得就要先说说操作系统的线程生命周期

因为 JVM 是跑在操作系统上面的嘛,所以是绕不过去的,而且可以说, Java 语言中的线程本质上就是操作系统的线程

聪明的你肯定也发现了,不管是操作系统,还是 Java 或者 C# 都有线程的概念。在它们之间,关于线程的生命周期这一部分,肯定是有相同之处的,否则的话,操作系统自己一套生命周期流程, Java 又有自己的一套, C# 又有自己的一套,而且相互之间还要能够互相配合,这种成本想想就大的不行对吧

所以咱们就来看看,通用的线程生命周期都有啥

先直接上张图(阿粉这次的图,可还行?):

可以看到,主要有 new , ready , running , waiting , terminated 5 种状态

其中:

  • new 只是说,这个线程被创建了,但是还不允许分配 CPU 执行。因为这个状态只是说明你在编程语言层面被创建了,操作系统层面还没有被创建,肯定就谈不上分配 CPU 执行了

  • ready 这个状态是说,在操作系统层面已经成功创建了,所以接下来就是等待分配 CPU 执行了。还记得那句经典的嘛? ready ? go !

  • running 的状态,相信你就知道了,我都已经 ready 了,此时如果再给我分配一下 CPU 我是不是就可以 go 了?那不就是 running 状态了嘛

  • waiting 状态,就是线程在 running 状态的时候,突然发现,哎,我需要进行一下 I/O 操作,或者需要等待某个事件发生(比如说需要某个条件变量),这个时候是不是就不能再继续 happy 的 running 了。那咋办? waiting 一下呗

    • 那你都 waiting 了,占用的 CPU 资源是不是应该释放掉?所以说, waiting 状态的线程是永远没有机会获得 CPU 使用权的

    • 你是不是一听「永远没有机会」这几个字就给吓坏了,我该不会永远没有机会执行了吧。放心吧,你不是在 waiting 嘛,等你 wait 的事件发生了,就可以继续到 running 状态

  • 当整个线程执行完毕,或者出现异常的时候,就进入了 terminated 状态,也就是线程的使命就完成啦,处于 terminated 状态的线程不会再切换到其他状态了

通用的线程生命周期以及它们之间是如何切换的,到这里,应该就比较清楚了

接下来咱们看看 Java 线程的生命周期,在这个基础上是怎么做的优化,有什么区别

Java 线程的生命周期

咱们先来瞅瞅源码定义的状态(为了突出重点,我把注释都去掉了):

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public enum State {
	NEW,
	RUNNABLE,
	BLOCKED,
	WAITING,
	TIMED_WAITING,
	TERMINATED;
}

能够清楚的看到,在源码中定义了 6 种线程状态,刚才的通用状态有几种来着? 5 种对吧,现在是 6 种。

这 6 种是干啥的?刚才的 5 种状态以及它们之间的切换我搞清楚了,这 6 种状态它们之间又是怎么切换的呢?

别急,阿粉这么贴心,肯定也是画好了一张图的:

这 6 个状态咱们也是分别来看:

  • NEW 到 RUNNABLE ,应该是挺容易理解的,就是 thread 调用了 start 方法

    • Java 刚创建出来的 Thread 对象就是 NEW 状态,创建 Thread 对象主要有两种方法,一种是继承 Thread 对象,重写 run() 方法,一种是实现 Runnable 接口,重写 run() 方法,并将该实现类作为创建 Thread 对象的参数

    • 但是还记得嘛, NEW 只是说,这个线程在编程语言层面创建了,在操作系统层面还没有创建,那当然就不会被操作系统调度了对不对,就更谈不上执行了

    • 所以 Java 线程如果想要执行的话,就必须转换到 RUNNABLE 状态,也就是 thread 调用 start 方法

  • RUNNABLE 与 BLOCKED ,如果线程等待 synchronized 的隐式锁时,就会从 RUNNABLE 状态转到 BLOCKED 状态。因为 synchronized 修饰的方法/代码块同一时刻只允许一个线程执行,所以其他线程就只能等待了呗,当等待的线程获得 synchronized 隐式锁时,就会从 BLOCKED 状态转到 RUNNABLE 状态

    • 在这里有没有个疑问?就是线程在 wait 一个条件发生时,在操作系统层面线程会转到 waiting 状态,那么在 JVM 层面呢?在 JVM 层面, Java 线程状态是不会发生变化的。也就是这个时候 Java 线程的状态依然是 RUNNABLE 状态
  • RUNNABLE 与 WAITING 状态转换,我感觉图已经说得很好了,在这里不再赘述

  • RUNNABLE 与 TIMED_WAITING 状态转换,我感觉图已经说得很好了,在这里也不再赘述,仔细观察下会发现, TIMED_WAITING 与 WAITING 相比,就是多了超时参数,毕竟 TIMED_WAITING 是有时限等待嘛

  • RUNNABLE 到 TERMINATED ,这个过程比较好理解,线程执行完 run() 方法之后,就自动到 TERMINATED 状态了,当然了如果在执行 run() 方法过程中有异常抛出,也会导致线程终止

    • 有时候我们可能需要强制中断 run() 方法的执行,怎么办呢?是使用 stop() 方法还是 interrupt() 方法呢?正确的姿势是调用 interrupt() 方法

    • stop() 方法会真的杀死线程,不给线程一点儿喘息的机会,如果被杀死的线程持有 synchronized 隐式锁,那就再也不会释放掉这个锁了,接下来的线程也就没办法获得 synchronized 隐式锁,是不是特别危险?同样 suspend() 和 resume() 这两个方法也是不建议使用

    • interrupt() 方法相比于 stop() 方法就温柔很多,它只是通知线程后续的操作可以不用去执行了,线程可以选择执行现在就不执行,当然也可以选择再执行一段时间后再停止,或者我就不听你的,非要执行完,都没关系, interrupt() 只是通知一下你而已。就比如你要做火车去一个地方,突然通知你这个火车晚点了,你可以选择无视这个通知继续等待,或者选择另外一趟高铁,但是不管你做什么,和火车站都没啥关系,它通知的责任尽到了

看到这里应该就比较清楚了吧

在 Java 线程生命周期中, RUNNABLE 状态是将 ready 和 running 两种状态合并在了一起,而 BLOCKED , WAITING , TIMED_WAITING 这三种状态其实就是 waiting 状态,也就是线程要等待某些事件发生,才能继续向下执行下去

关于 Java 线程的生命周期,到这里就说完啦

画个图 + 讲解,和面试官扯半小时应该没问题吧?

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