Java线程状态和状态切换

背景

先来探讨一个关于多线程的基础知识：java线程有多少种状态？根据JDK定义，答案是六种！为什么很多人给出的答案却是五种呢？这极有可能是将操作系统层面的线程状态和Java线程状态混为一谈了。因此，小编在翻阅JDK源码的基础上，介绍一下java线程的六种状态以及操作系统层面的五种状态，欢迎拍砖。

java线程状态

JDK中声明了六种Java线程状态，以枚举类的形式定义在Thread.State中，而且注释开篇撇清了和操作系统层面线程状态的关系——【这些状态是虚拟机状态，不反映任何操作系统的线程状态】，英文原文描述如下：

        /**

	 * A thread can be in only one state at a given point in time.

	 * These states are virtual machine states which do not reflect

	 * any operating system thread states.

	 *

	 * @since   1.5

	 * @see #getState

	 */

    public class Thread implements Runnable {

	public enum State {

		NEW,

		RUNNABLE,

		BLOCKED,

		WAITING,

		TIMED_WAITING,

		TERMINATED;

	}

}

简单来介绍一下这6种状态。

1)）NEW：新建状态，新创建一个线程对象时的初始状态，此时尚未调用 start() 方法。

2）RUNNABLE：就绪状态，JAVA 线程把操作系统中的就绪和运行两种状态统一称为“就绪状态或者可运行状态”。英文相关描述如下：

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

线程对象创建后，其它线程(比如main线程）调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，等待被线程调度选中，获取cpu的使用权。

3）BLOCKED：阻塞状态，表示线程进入等待状态，也就是线程因为某种原因放弃了 CPU 使用权，阻塞也分为几种情况：

等待阻塞：运行的线程执行了 Thread.sleep 、Object.wait()、 join() 等方法，JVM 会把当前线程设置为等待状态，当 sleep 结束、join 线程终止或者线程被唤醒后，该线程从等待状态进入到阻塞状态，重新抢占锁后进行线程恢复。
同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被其它线程锁占用了，那么JVM会把当前的线程放入到锁池中。
其他阻塞：发出了 I/O请求时，JVM 会把当前线程设置为阻塞状态，当 I/O处理完毕则线程恢复。

4）WAITING：等待状态，没有超时时间，要被其它线程或者有其它的中断操作；即一个正在无限期等待另一个线程执行一个特别的动作的线程处于WAITING状态，英文原文如下：

A thread that is waiting indefinitely for another thread to perform a particular action is in this state.

一个线程进入 WAITING 状态是因为调用了方法Object.wait(), Thread.join()或者LockSupport.park()。然后会等其它线程执行一个特别的动作，比如：

一个调用了Thread.join方法的线程会等待指定的线程结束。
一个调用了某个对象的wait方法的线程会等待另一个线程调用此对象的notify() 或 notifyAll()。

5）TIMED_WAITING：超时等待状态，超时以后自动返回；如下方法执行超时，就会进入超时等待状态：Thread.sleep(long)、Object.wait(long)、Thread.jjoin(long)、LockSupport.park(long)、LockSupport.parkNanos(long)、LockSupport.parkUntil(long)。

6）TERMINATED：终止状态，表示当前线程执行完毕。

我们可以通过函数getState()来查看线程的当前状态：

    /**

     * Returns the state of this thread.

     * This method is designed for use in monitoring of the system state,

     * not for synchronization control.

     *

     * @return this thread's state.

     * @since 1.5

     */

    public State getState() {

        // get current thread state

        return jdk.internal.misc.VM.toThreadState(threadStatus);

    }

线程状态间的转换

借一个图来描述：

关于具体的转换场景，图中描述的比较清楚，此处不再赘述。注意：

1）sleep、join、yield时并不释放对象锁资源，而执行函数wait()时会释放锁，对象在被notify/notifyAll唤醒时，重新去抢夺获取对象锁资源。

2）sleep可以在任何地方使用，而wait，notify，notifyAll只能在同步方法或者同步块中使用。

3）调用obj.wait()会立即释放锁，以便其他线程可以执行notify()，但是notify()不会立刻立刻释放sycronized(obj)中的对象锁，必须要等notify()所在线程执行完同步方法或者同步块才会释放这把锁，然后供线程等待池的线程来抢夺对象锁。

wait方法是Object的方法，线程释放锁，进入WAITING或TIMED_WAITING状态。等待时间到了或被notify/notifyAll唤醒后，回去竞争锁，如果获得锁，进入RUNNABLE，否则进入阻塞状态等待获取锁。

操作系统层面线程状态

很多人会把操作系统层面的线程状态与java线程状态混淆，所以导致有的文章中把java线程状态写成是5种，在此我们说清楚一个问题，java线程状态是6个，操作系统层面的线程状态是5种，如下图所示：

下面分别介绍一下这5种状态：

1）new ：一个新的线程被创建，等待该线程被调用执行。

2）ready ：表示线程已经被创建，正在等待系统调度分配CPU使用权或者时间片已用完，此线程被强制暂停，等待下一个属于它的时间片到来。

3）running ：表示线程获得了CPU使用权，正在占用时间片。

4）waiting ：表示线程等待（或者说挂起），等待某一事件(如IO或另一个线程)执行完，让出CPU资源给其他线程使用。

5）terminated ：一个线程完成任务或者其它终止条件发生，该线程终止进入退出状态，退出状态释放该线程所分配的资源。

需要注意的是，操作系统中的线程除去new 和terminated 状态，一个线程真实存在的状态是ready 、running和waiting 。

Thread.State 中的RUNNABLE 状态涵盖了操作系统层面的【可运行状态】、【运行状态】和【阻塞状态】（由于 BIO 导致的线程阻塞，在 Java 里无法区分，仍然认为是可运行，就好比我们在run()方法里调用IO方法，再者虽然有线程上下文切换但在JAVA层面还是运行的）。

小结

关于Java线程池状态及其切换，各位同仁可以参考《Java线程池状态和状态切换》。

至此，我们就把java线程状态以及操作系统层面的线程状态厘清了，是不是以后再也不会混淆了？希望能帮助到大家。

Reference