第三部分 第六章 4.线程状态

6.4 线程状态

6.4.1 线程状态概述

  当线程被创建并启动以后，它既不是一启动就进入了执行状态，也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中，有几种状态呢？在API中java.lang.Thread.State这个枚举中给出了六种线程状态：

这里先列出各个线程状态发生的条件，下面将会对每种状态进行详细解析

线程状态	导致状态发生条件
NEW(新建)	线程刚被创建，但是并未启动。还没调用start方法。
Runnable (可运行)	线程可以在java虚拟机中运行的状态，可能正在运行自己代码，也可能没有，这取决于操作系统处理器。
Blocked (锁阻塞)	当一个线程试图获取一个对象锁，而该对象锁被其他的线程持有，则该线程进入Blocked状态；当该线程持有锁时，该线程将变成Runnable状态。
Waiting (无限等待)	一个线程在等待另一个线程执行一个（唤醒）动作时，该线程进入Waiting状态。进入这个状态后是不能自动唤醒的，必须等待另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能够唤醒。
TimedWaiting (计时等待)	同waiting状态，有几个方法有超时参数，调用他们将进入Timed Waiting状态。这一状态将一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。带有超时参数的常用方法有Thread.sleep 、Object.wait。
Teminated (被终止)	因为run方法正常退出而死亡，或者因为没有捕获的异常终止了run方法而死亡。

  我们不需要去研究这几种状态的实现原理，我们只需知道在做线程操作中存在这样的状态。那我们怎么去理解这几个状态呢，新建与被终止还是很容易理解的，我们就研究一下线程从Runnable（可运行）状态与非运行状态之间的转换问题。

6.4.2 Timed Waiting（计时等待）

  Timed Waiting在API中的描述为：一个正在限时等待另一个线程执行一个（唤醒）动作的线程处于这一状态。单独的去理解这句话，真是玄之又玄，其实我们在之前的操作中已经接触过这个状态了，在哪里呢？

  在我们写卖票的案例中，为了减少线程执行太快，现象不明显等问题，我们在run方法中添加了sleep语句，这样就强制当前正在执行的线程休眠（暂停执行），以“减慢线程”。

  其实当我们调用了sleep方法之后，当前执行的线程就进入到“休眠状态”，其实就是所谓的Timed Waiting(计时等待)，那么我们通过一个案例加深对该状态的一个理解。

实现一个计数器，计数到100，在每个数字之间暂停1秒，每隔10个数字输出一个字符串

代码：

public class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if ((i) % 10 == 0) {
                System.out.println("‐‐‐‐‐‐‐" + i);
            }
            System.out.print(i);
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.print(" 线程睡眠1秒！\n");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        new MyThread().start();
    }
}

通过案例可以发现，sleep方法的使用还是很简单的。我们需要记住下面几点：

1. 进入 TIMED_WAITING 状态的一种常见情形是调用的 sleep 方法，单独的线程也可以调用，不一定非要有协作关系。

2. 为了让其他线程有机会执行，可以将Thread.sleep()的调用放线程run()之内。这样才能保证该线程执行过程中会睡眠

3. sleep与锁无关，线程睡眠到期自动苏醒，并返回到Runnable（可运行）状态。

   小提示：
     sleep()中指定的时间是线程不会运行的最短时间。因此，sleep()方法不能保证该线程睡眠到期后就开始立刻执行。

Timed Waiting线程状态图：

6.4.3 BLOCKED（锁阻塞）

  Blocked状态在API中的介绍为：一个正在阻塞等待一个监视器锁（锁对象）的线程处于这一状态。

  我们已经学完同步机制，那么这个状态是非常好理解的了。比如，线程A与线程B代码中使用同一锁，如果线程A获取到锁，线程A进入到Runnable状态，那么线程B就进入到Blocked锁阻塞状态。

  这是由Runnable状态进入Blocked状态。除此Waiting以及Time Waiting状态也会在某种情况下进入阻塞状态。

Blocked 线程状态图

6.4.4 Waiting（无限等待）

  Wating状态在API中介绍为：一个正在无限期等待另一个线程执行一个特别的（唤醒）动作的线程处于这一状态。

public class WaitingTest {
    public static Object obj = new Object();
    public static void main(String[] args) {
        // 演示waiting
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true){
                    synchronized (obj){
                        try {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
                                               +"=== 获取到锁对象，调用wait方法，" 
                                               + "进入waiting状态，释放锁对象");
                            obj.wait(); //无限等待
                            //obj.wait(5000); //计时等待, 5秒 时间到，自动醒来
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println( Thread.currentThread().getName()
                                           + "=== 从waiting状态醒来，"
                                           + "获取到锁对象，继续执行了");
                    }
                }
            }
        },"等待线程").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                // while (true){ //每隔3秒 唤醒一次
                try {
                    System.out.println( Thread.currentThread().getName() 
                                       +"‐‐‐‐‐ 等待3秒钟");
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (obj){
                    System.out.println( Thread.currentThread().getName() 
                                       + "‐‐‐‐‐ 获取到锁对象,"
                                       + "调用notify方法，释放锁对象");
                    obj.notify();
                }
            }
            // }
        },"唤醒线程").start();
    }
}

  通过上述代码会发现，Object.wait方法的线程会等待另一个线程调用此对象的Object.notify()方法或Object.notifyAll()方法。

  其实waiting状态并不是一个线程的操作，它体现的是多个线程间的通信，可以理解为多个线程之间的协作关系，多个线程会争取锁，同时相互之间又存在协作关系。就好比在公司里你和你的同事们，你们可能存在晋升时的竞争，但更多时候你们更多是一起合作以完成某些任务。

  当多个线程协作时，比如A，B线程，如果A线程在Runnable（可运行）状态中调用了wait()方法那么A线程就进入了Waiting（无限等待）状态，同时失去了同步锁。假如这个时候B线程获取到了同步锁，在运行状态中调用了notify()方法，那么就会将无限等待的A线程唤醒。注意是唤醒，如果获取到锁对象，那么A线程唤醒后就进入Runnable（可运行）状态；如果没有获取锁对象，那么就进入到Blocked（锁阻塞状态）。

Waiting 线程状态图

6.4.5 补充知识点

到此为止我们已经对线程状态有了基本的认识，想要有更多的了解，详情可以见下图：

Tips:
  我们在翻阅API的时候会发现Timed Waiting（计时等待） 与 Waiting（无限等待） 状态联系还是很紧密的，比如Waiting（无限等待） 状态中wait方法是空参的，而timed waiting（计时等待） 中wait方法是带参的。这种带参的方法，其实是一种倒计时操作，相当于我们生活中的小闹钟，我们设定好时间，到时通知，可是如果提前得到（唤醒）通知，那么设定好时间在通知也就显得多此一举了，那么这种设计方案其实是一举两得。如果没有得到（唤醒）通知，那么线程就处于Timed Waiting状态,直到倒计时完毕自动醒来；如果在倒计时期间得到（唤醒）通知，那么线程从Timed Waiting状态立刻唤醒。

吃包子

两个人去吃包子，使用notifyAll唤醒

public class Demo02WaitAndNotify {
    public static void main(String[] args) {
        //创建锁对象,保证唯一
        Object obj = new Object();
        // 创建一个顾客线程(消费者)
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                //一直等着买包子
                while(true){
                    //保证等待和唤醒的线程只能有一个执行,需要使用同步技术
                    synchronized (obj){
                        System.out.println("顾客1告知老板要的包子的种类和数量");
                        //调用wait方法,放弃cpu的执行,进入到WAITING状态(无限等待)
                        try {
                            obj.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        //唤醒之后执行的代码
                        System.out.println("包子已经做好了,顾客1开吃!");
                        System.out.println("--------------------------------");
                    }
                }
            }
        }.start();

        // 创建一个顾客线程(消费者)
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                //一直等着买包子
                while(true){
                    //保证等待和唤醒的线程只能有一个执行,需要使用同步技术
                    synchronized (obj){
                        System.out.println("顾客2告知老板要的包子的种类和数量");
                        //调用wait方法,放弃cpu的执行,进入到WAITING状态(无限等待)
                        try {
                            obj.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        //唤醒之后执行的代码
                        System.out.println("包子已经做好了,顾客2开吃!");
                        System.out.println("-------------------------------");
                    }
                }
            }
        }.start();

        //创建一个老板线程(生产者)
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                //一直做包子
                while (true){
                    //花了5秒做包子
                    try {
                        Thread.sleep(5000);//花5秒钟做包子
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    //保证等待和唤醒的线程只能有一个执行,需要使用同步技术
                    synchronized (obj){
                        System.out.println("老板5秒钟之后做好包子,告知顾客,可以吃包子了");
                        //做好包子之后,调用notify方法,唤醒顾客吃包子
                        //obj.notify();//如果有多个等待线程,随机唤醒一个
                        obj.notifyAll();//唤醒所有等待的线程
                    }
                }
            }
        }.start();
    }
}

结果：

顾客1告知老板要的包子的种类和数量
顾客2告知老板要的包子的种类和数量
老板5秒钟之后做好包子,告知顾客,可以吃包子了
包子已经做好了,顾客1开吃!
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顾客1告知老板要的包子的种类和数量
包子已经做好了,顾客2开吃!
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顾客2告知老板要的包子的种类和数量
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