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Java基础夯实——2.4 线程的生命周期

article 2024/11/20 10:32:50

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Java线程生命周期

Java线程的生命周期分为：新建（New）、就绪（Runnable）、阻塞（Blocked）、等待 (Waiting) 、计时等待（Timed_Waiting）、终止（Terminated） 六种状态，这些状态通过Thread.State枚举类定义。

1. 新建状态（New）

当一个线程对象被创建但尚未调用start()方法时，线程处于新建状态。
在这个阶段，线程对象仅存在于内存中，但尚未与操作系统的底层线程关联。
可以为线程设置名称、优先级等属性，但线程未开始执行。
状态特点：
- 调用start()方法后会转移到就绪状态。
- 如果没有调用start()方法就试图调用join()或interrupt()，将抛出异常。
示例：

public class ThreadLifecycleExample {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> System.out.println("Thread is running."));
        // 线程处于新建状态
        System.out.println("Thread State: " + thread.getState()); // 输出 NEW
    }
}

2. 就绪状态（Runnable）

调用start()方法后，线程进入就绪状态。
此时线程已交给操作系统线程调度器管理，但未必立即运行。
线程调度器根据算法（如时间片轮转）决定何时将线程分配到CPU。
状态特点：
- 此状态不等同于“运行中”，线程可能随时等待被调度。
- 调用start()后，无法再次调用该方法，否则会抛出IllegalThreadStateException。
示例：

public class ThreadLifecycleExample {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            System.out.println("Thread is running.");
        });
        thread.start();
        System.out.println("Thread State after start(): " + thread.getState()); // 输出 RUNNABLE
    }
}

3. 运行状态（Running）

当线程获得CPU时间片后，线程进入运行状态。
此时线程执行其run()方法中的任务。
线程调度器可能在运行状态下暂停线程，并将其转移回就绪状态以让其他线程运行。
状态特点：
- 开发者无法显式设置线程为运行状态，状态完全由操作系统调度决定。
- 多线程环境下，运行状态的线程可能随时被挂起。
代码示例：

public class ThreadLifecycleExample {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            System.out.println("Thread State: " + Thread.currentThread().getState()); // 输出 RUNNABLE 或运行中
        });
        thread.start();
    }
}

4. 等待/阻塞/计时等待状态

线程可能因资源或时间限制无法继续运行时，会进入以下三种状态：

（1）等待状态（Waiting）

线程无限期地等待另一个线程唤醒它。
通常是通过Object.wait()或Thread.join()进入。
唤醒方式包括调用notify()或notifyAll()。
状态特点：
- 无法自行恢复，必须由另一个线程显式唤醒。
- 常用于线程间协作。
示例：

public class WaitingExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object lock = new Object();
        Thread thread = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                try {
                    System.out.println("Thread is waiting.");
                    lock.wait(); // 线程进入等待状态
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Thread resumed.");
            }
        });

        thread.start();
        Thread.sleep(1000); // 主线程暂停1秒
        synchronized (lock) {
            lock.notify(); // 唤醒等待线程
        }
    }
}

（2）计时等待状态（Timed Waiting）

线程等待一段时间后会自动唤醒。
调用如Thread.sleep()、join(timeout)或wait(timeout)方法会进入该状态。
状态特点：
- 无需显式唤醒，时间结束后线程自动进入就绪状态。
- 常用于延时操作。
示例：

public class TimedWaitingExample {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            try {
                System.out.println("Thread is sleeping.");
                Thread.sleep(2000); // 线程进入计时等待状态
                System.out.println("Thread woke up.");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        thread.start();
    }
}

（3）阻塞状态（Blocked）

当一个线程试图进入被其他线程持有的同步代码块时，会进入阻塞状态。
一旦锁被释放，线程将进入就绪状态等待调度。
状态特点：
- 阻塞是由于线程竞争共享资源而导致的。
- 常见于synchronized关键字或锁机制。
示例：

public class BlockedExample {
    public static void main(String[] args) {
        Object lock = new Object();

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                try {
                    Thread.sleep(5000); // 保持锁5秒
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                System.out.println("Thread 2 acquired the lock.");
            }
        });

        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

5. 终止状态（Terminated）

描述：
- 当线程执行完成或因异常退出时，进入终止状态。
- 终止后的线程无法再次启动。
状态特点：
- 使用isAlive()方法可以检查线程是否仍存活。
- 线程终止后，它的资源会被JVM回收。
代码示例：

public class TerminatedExample {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> System.out.println("Thread is running."));
        thread.start();

        try {
            thread.join(); // 等待线程终止
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("Thread State: " + thread.getState()); // 输出 TERMINATED
    }
}

常见问题

1. 线程的生命周期包括哪几个阶段？**

New : 为线程分配内存并初始化其成员变量值
Runnable：JVM完成方法调用栈和程序计数器创建，等待线程调用和运行
Blocked：主动或被动放弃CPU使用权并暂停运行
Waiting：等待
Timed_Waiting：超时后会被自动唤醒
Terminated：正常或者异常结束或者手动结束

2. 在哪些情况下会出现线程阻塞？

线程阻塞（Blocked）通常发生在以下几种场景中：

等待锁：
- 一个线程试图进入由synchronized关键字保护的代码块或方法，但锁已被其他线程持有，当前线程将进入阻塞状态。
- 示例：
```
synchronized (lock) {
    // 当前线程执行时，其他线程试图进入会阻塞
}
```
I/O操作：
- 线程等待输入/输出完成时，如从文件或网络读取数据。
线程阻塞工具类：
- 使用Lock或类似机制时，线程可能因为未能获取锁而被阻塞。
- 示例：
```
Lock lock = new ReentrantLock();
lock.lock(); // 其他线程会在这里阻塞
```
其他同步机制：
- 使用CountDownLatch、Semaphore等并发工具，线程可能会因未满足条件而阻塞。