Java语言定义的线程状态分析
说到线程,一定要谈到线程状态,不同的状态说明线程正处于不同的工作机制下,不同的工作机制下某些动作可能对线程产生不同的影响。
Java语言定义了6中状态,而同一时刻,线程有且仅有其中的一种状态。要获取Java线程的状态可以使用 java.lang.Thread类中定义的 getState()方法,获取当前线程的状态就可以使用Thread.currentThread().getState()来获取。该方法返回的类型是一个枚举类型,是Thread内部的一个枚举,全称为“java.lang.Thread.State”,这个枚举中定义的类型列表就是Java语言这个级别对应的线程状态列表,包含了NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING、TERMINATED这些值。
以下是本文的目录大纲:
一、Java的几种线程状态说明
二、Java线程状态转换图
三、“VisualVM线程监控线程状态”与“Java线程状态”对应关系
若有不正之处请多多谅解,欢迎批评指正、互相讨论。
请尊重作者劳动成果,转载请标明原文链接:
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一、Java的几种线程状态说明
1、NEW(新建)
java.lang.Thread.State枚举中的NEW状态描述:
/**
* Thread state for a thread which has not yet started.
*/
NEW
创建后尚未启动的线程处于这个状态。
意思是这个线程没有被start()启动,或者说还根本不是一个真正意义上的线程,从本质上讲这只是创建了一个Java外壳,还没有真正的线程来运行。
不代表调用了start(),状态就立即改变,中间还有一些步骤,如果在这个启动的过程中有另一个线程来获取它的状态,其实是不确定的,要看那些中间步骤是否已经完成了。
2、RUNNABLE(可运行)
java.lang.Thread.State枚举中的RUNNABLE状态描述:
/**
* Thread state for a runnable thread. 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.
*/
RUNNABLE
RUNNABLE状态包括了操作系统线程状态中的Running和Ready,也就是处于此状态的线程可能正在运行,也可能正在等待系统资源,如等待CPU为它分配时间片,如等待网络IO读取数据。
RUNNABLE状态也可以理解为存活着正在尝试征用CPU的线程(有可能这个瞬间并没有占用CPU,但是它可能正在发送指令等待系统调度)。由于在真正的系统中,并不是开启一个线程后,CPU就只为这一个线程服务,它必须使用许多调度算法来达到某种平衡,不过这个时候线程依然处于RUNNABLE状态。
3、BLOCKED(阻塞)
java.lang.Thread.State枚举中的BLOCKED状态描述:
/**
* 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
* {@link Object#wait() Object.wait}.
* 当一个线程要进入synchronized语句块/方法时,如果没有获取到锁,会变成BLOCKED
* 或者在调用Object.wait()后,被notify()唤醒,再次进入synchronized语句块/方法时,如果没有获取到锁,会变成BLOCKED
*/
BLOCKED
BLOCKED称为阻塞状态,或者说线程已经被挂起,它“睡着”了,原因通常是它在等待一个“锁”,当尝试进入一个synchronized语句块/方法时,锁已经被其它线程占有,就会被阻塞,直到另一个线程走完临界区或发生了相应锁对象的wait()操作后,它才有机会去争夺进入临界区的权利
在Java代码中,需要考虑synchronized的粒度问题,否则一个线程长时间占用锁,其它争抢锁的线程会一直阻塞,直到拥有锁的线程释放锁
处于BLOCKED状态的线程,即使对其调用 thread.interrupt()也无法改变其阻塞状态,因为interrupt()方法只是设置线程的中断状态,即做一个标记,不能唤醒处于阻塞状态的线程
注意:ReentrantLock.lock()操作后进入的是WAITING状态,其内部调用的是LockSupport.park()方法
4、WAITING(无限期等待)
/**
* Thread state for a waiting thread.
* A thread is in the waiting state due to calling one of the
* following methods:
* <ul>
* <li>{@link Object#wait() Object.wait} with no timeout</li>
* <li>{@link #join() Thread.join} with no timeout</li>
* <li>{@link LockSupport#park() LockSupport.park}</li>
* </ul>
*
* <p>A thread in the waiting state is waiting for another thread to
* perform a particular action.
*
* For example, a thread that has called <tt>Object.wait()</tt>
* on an object is waiting for another thread to call
* <tt>Object.notify()</tt> or <tt>Object.notifyAll()</tt> on
* that object. A thread that has called <tt>Thread.join()</tt>
* is waiting for a specified thread to terminate.
*/
WAITING
处于这种状态的线程不会被分配CPU执行时间,它们要等待显示的被其它线程唤醒。这种状态通常是指一个线程拥有对象锁后进入到相应的代码区域后,调用相应的“锁对象”的wait()方法操作后产生的一种结果。变相的实现还有LockSupport.park()、Thread.join()等,它们也是在等待另一个事件的发生,也就是描述了等待的意思。
以下方法会让线程陷入无限期等待状态:
(1)没有设置timeout参数的Object.wait()
(2)没有设置timeout参数的Thread.join()
(3)LockSupport.park()
注意:
LockSupport.park(Object blocker) 会挂起当前线程,参数blocker是用于设置当前线程的“volatile Object parkBlocker 成员变量”
parkBlocker 是用于记录线程是被谁阻塞的,可以通过LockSupport.getBlocker()获取到阻塞的对象,用于监控和分析线程用的。
“阻塞”与“等待”的区别:
(1)“阻塞”状态是等待着获取到一个排他锁,进入“阻塞”状态都是被动的,离开“阻塞”状态是因为其它线程释放了锁,不阻塞了;
(2)“等待”状态是在等待一段时间 或者 唤醒动作的发生,进入“等待”状态是主动的
如主动调用Object.wait(),如无法获取到ReentraantLock,主动调用LockSupport.park(),如主线程主动调用 subThread.join(),让主线程等待子线程执行完毕再执行
离开“等待”状态是因为其它线程发生了唤醒动作或者到达了等待时间
5、TIMED_WAITING(限期等待)
/**
* Thread state for a waiting thread with a specified waiting time.
* A thread is in the timed waiting state due to calling one of
* the following methods with a specified positive waiting time:
* <ul>
* <li>{@link #sleep Thread.sleep}</li>
* <li>{@link Object#wait(long) Object.wait} with timeout</li>
* <li>{@link #join(long) Thread.join} with timeout</li>
* <li>{@link LockSupport#parkNanos LockSupport.parkNanos}</li>
* <li>{@link LockSupport#parkUntil LockSupport.parkUntil}</li>
* </ul>
*/
TIMED_WAITING
处于这种状态的线程也不会被分配CPU执行时间,不过无需等待被其它线程显示的唤醒,在一定时间之后它们会由系统自动的唤醒。
以下方法会让线程进入TIMED_WAITING限期等待状态:
(1)Thread.sleep()方法
(2)设置了timeout参数的Object.wait()方法
(3)设置了timeout参数的Thread.join()方法
(4)LockSupport.parkNanos()方法
(5)LockSupport.parkUntil()方法
6、TERMINATED(结束)
/**
* Thread state for a terminated thread.
* The thread has completed execution.
*/
TERMINATED
已终止线程的线程状态,线程已经结束执行。换句话说,run()方法走完了,线程就处于这种状态。其实这只是Java语言级别的一种状态,在操作系统内部可能已经注销了相应的线程,或者将它复用给其他需要使用线程的请求,而在Java语言级别只是通过Java代码看到的线程状态而已。
二、Java线程状态转换图
上图为个人了解的线程状态转换的各种情况,如有不到位的地方欢迎交流指教。
三、“VisualVM线程监控线程状态”与“Java线程状态”对应关系
通过VisualVM监控JVM时,可以通过“线程”标签页查看JVM的线程信息,VisualVM的线程状态如下:
通过dump thread stack,并与VisualVM监控信息中的线程名称对应,找到的VisualVM每种线程状态的线程堆栈如下:(请关注重点信息)
1、运行
"http-bio-8080-Acceptor-0" daemon prio=6 tid=0x000000000d7b4800 nid=0xa264 runnable [0x000000001197e000] Locked ownable synchronizers: |
2、休眠
"Druid-ConnectionPool-Destory-293325558" daemon prio=6 tid=0x000000000d7ad000 nid=0x9c94 waiting on condition [0x000000000bf0f000] Locked ownable synchronizers: |
3、等待
"Finalizer" daemon prio=8 tid=0x0000000009349000 nid=0xa470 in Object.wait() [0x000000000a82f000] - locked <0x00000000c22a0108> (a java.lang.ref.ReferenceQueue.Lock) Locked ownable synchronizers: "JMX server connection timeout 45" daemon prio=6 tid=0x000000000e846000 nid=0xab10 in Object.wait() [0x00000000137df000] Locked ownable synchronizers: |
4、驻留
"http-bio-8080-exec-2" daemon prio=6 tid=0x000000000d7b8000 nid=0x9264 waiting on condition [0x000000000ee4e000] Locked ownable synchronizers: "pool-9-thread-1" prio=6 tid=0x000000000d7b2000 nid=0xd5fc waiting on condition [0x000000001187e000] Locked ownable synchronizers: |
5、监视
"Thread-1" prio=6 tid=0x000000000a8a1800 nid=0xfdb4 waiting for monitor entry [0x000000000b4de000] Locked ownable synchronizers: |
“VisualVM线程监控线程状态”与“Java线程状态”对应关系总结:
可以看出,VisualVM的线程状态将“WAITING”和“TIMED_WAITING”两个状态根据行程状态的原因做了细化(其实java的thread stack dump上已经细化了)
如造成“TIMED_WAITING”状态的原因可能是 :
Thread.sleep() -- 休眠
Object.wait(timeout) -- 等待
LockSupport.parkUntil(deadline) -- 驻留
参考资料:
《深入理解Java虚拟机》
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