生命周期

　　在 Java 領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)并發(fā)程序的主要手段就是多線程。線程是本身就是操作系統(tǒng)里的一個(gè)概念，不同的開發(fā)語言如 Java、C# 等都對(duì)其進(jìn)行了封裝，但是萬變不離操作系統(tǒng)。

　　Java 語言里的線程本質(zhì)上就是操作系統(tǒng)的線程，它們是一一對(duì)應(yīng)的。

　　在操作系統(tǒng)層面，線程也有“生老病死”，專業(yè)的說法叫有生命周期。對(duì)于有生命周期的事物，要學(xué)好它，思路非常簡(jiǎn)單，只要能搞懂生命周期中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)制即可。

　　雖然不同的開發(fā)語言對(duì)于操作系統(tǒng)線程進(jìn)行了不同的封裝，但是對(duì)于線程的生命周期這部分，基本上是雷同的。

　　通用的線程生命周期基本上可以用 初始狀態(tài)、可運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、休眠狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)等“五態(tài)模型”來描述。

　　Java 語言中線程共有六種狀態(tài)，分別是：NEW(初始化狀態(tài))RUNNABLE(可運(yùn)行 / 運(yùn)行狀態(tài))BLOCKED(阻塞狀態(tài))WAITING(無時(shí)限等待)TIMED_WAITING(有時(shí)限等待)TERMINATED(終止?fàn)顟B(tài))。

　　其實(shí)在操作系統(tǒng)層面，Java 線程中的 BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING 是一種狀態(tài)，即前面我們提到的休眠狀態(tài)。也就是說只要 Java 線程處于這三種狀態(tài)之一，那么這個(gè)線程就永遠(yuǎn)沒有 CPU 的使用權(quán)。

　　其中，BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING 可以理解為線程導(dǎo)致休眠狀態(tài)的三種原因。那具體是哪些情形會(huì)導(dǎo)致線程從 RUNNABLE 狀態(tài)轉(zhuǎn)換到這三種狀態(tài)呢?而這三種狀態(tài)又是何時(shí)轉(zhuǎn)換回 RUNNABLE 的呢?以及 NEW、TERMINATED 和 RUNNABLE 狀態(tài)是如何轉(zhuǎn)換的?

　　1. RUNNABLE 與 BLOCKED 的狀態(tài)轉(zhuǎn)換

　　只有一種場(chǎng)景會(huì)觸發(fā)這種轉(zhuǎn)換，就是線程等待 synchronized 的隱式鎖。synchronized 修飾的方法、代碼塊同一時(shí)刻只允許一個(gè)線程執(zhí)行，其他線程只能等待，這種情況下，等待的線程就會(huì)從 RUNNABLE 轉(zhuǎn)換到 BLOCKED 狀態(tài)。而當(dāng)?shù)却木€程獲得 synchronized 隱式鎖時(shí)，就又會(huì)從 BLOCKED 轉(zhuǎn)換到 RUNNABLE 狀態(tài)。

　　2. RUNNABLE 與 WAITING 的狀態(tài)轉(zhuǎn)換

　　總體來說，有三種場(chǎng)景會(huì)觸發(fā)這種轉(zhuǎn)換，其中：

　　第一種場(chǎng)景，獲得 synchronized 隱式鎖的線程，調(diào)用無參數(shù)的 Object.wait() 方法。其中，wait() 方法我們?cè)谏弦黄v解管程的時(shí)候已經(jīng)深入介紹過了，這里就不再贅述。

　　第二種場(chǎng)景，調(diào)用無參數(shù)的 Thread.join() 方法。其中的 join() 是一種線程同步方法，例如有一個(gè)線程對(duì)象 thread A，當(dāng)調(diào)用 A.join() 的時(shí)候，執(zhí)行這條語句的線程會(huì)等待 thread A 執(zhí)行完，而等待中的這個(gè)線程，其狀態(tài)會(huì)從 RUNNABLE 轉(zhuǎn)換到 WAITING。當(dāng)線程 thread A 執(zhí)行完，原來等待它的線程又會(huì)從 WAITING 狀態(tài)轉(zhuǎn)換到 RUNNABLE。

　　第三種場(chǎng)景，調(diào)用 LockSupport.park() 方法。其中的 LockSupport 對(duì)象，也許你有點(diǎn)陌生，其實(shí) Java 并發(fā)包中的鎖，都是基于它實(shí)現(xiàn)的。調(diào)用 LockSupport.park() 方法，當(dāng)前線程會(huì)阻塞，線程的狀態(tài)會(huì)從 RUNNABLE 轉(zhuǎn)換到 WAITING。調(diào)用 LockSupport.unpark(Thread thread) 可喚醒目標(biāo)線程，目標(biāo)線程的狀態(tài)又會(huì)從 WAITING 狀態(tài)轉(zhuǎn)換到 RUNNABLE。

　　3. RUNNABLE 與 TIMED_WAITING 的狀態(tài)轉(zhuǎn)換

　　有五種場(chǎng)景會(huì)觸發(fā)這種轉(zhuǎn)換，其中：

　　調(diào)用帶超時(shí)參數(shù)的 Thread.sleep(long millis) 方法。

　　獲得 synchronized 隱式鎖的線程，調(diào)用帶超時(shí)參數(shù)的 Object.wait(long timeout) 方法。

　　調(diào)用帶超時(shí)參數(shù)的 Thread.join(long millis) 方法。

　　調(diào)用帶超時(shí)參數(shù)的 LockSupport.parkNanos(Object blocker, long deadline) 方法。

　　調(diào)用帶超時(shí)參數(shù)的 LockSupport.parkUntil(long deadline) 方法。

　　4. 從 NEW 到 RUNNABLE 的狀態(tài)

　　Java 剛創(chuàng)建出來的 Thread 對(duì)象就是 NEW 狀態(tài)，而創(chuàng)建 Thread 對(duì)象主要有兩種方法：

　　首先，第一種方式是繼承 Thread 對(duì)象，重寫 run() 方法

　　// 自定義線程對(duì)象

　　class ApplicationThread extends Thread {

　　public void run() {

　　// 線程需要執(zhí)行的代碼

　　......

　　}

　　}

　　// 創(chuàng)建線程對(duì)象

　　ApplicationThread applicationThread = new ApplicationThread();

　　其次，另一種方式是實(shí)現(xiàn) Runnable 接口，重寫 run() 方法，并將該實(shí)現(xiàn)類作為創(chuàng)建 Thread 對(duì)象的參數(shù)

　　// 實(shí)現(xiàn)Runnable接口

　　class ApplicationThread implements Runnable {

　　@Override

　　public void run() {

　　// 線程需要執(zhí)行的代碼

　　......

　　}

　　}

　　// 創(chuàng)建線程對(duì)象

　　Thread thread = new Thread(new ApplicationThread());

　　NEW 狀態(tài)的線程，不會(huì)被操作系統(tǒng)調(diào)度，因此不會(huì)執(zhí)行。Java 線程要執(zhí)行，就必須轉(zhuǎn)換到 RUNNABLE 狀態(tài)。從 NEW 狀態(tài)轉(zhuǎn)換到 RUNNABLE 狀態(tài)很簡(jiǎn)單，只要調(diào)用線程對(duì)象的 start() 方法即可。

　　5. 從 RUNNABLE 到 TERMINATED

　　線程執(zhí)行完 run() 方法后，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到 TERMINATED 狀態(tài)，當(dāng)然如果執(zhí)行 run() 方法的時(shí)候異常拋出，也會(huì)導(dǎo)致線程終止。有時(shí)候我們需要強(qiáng)制中斷 run() 方法的執(zhí)行。

　　一般來說， run() 方法訪問一個(gè)很慢的網(wǎng)絡(luò)，我們等不下去了，想終止怎么辦呢?

　　Java 的 Thread 類里面倒是有個(gè) stop() 方法，不過已經(jīng)標(biāo)記為 @Deprecated，所以不建議使用了。正確的姿勢(shì)其實(shí)是調(diào)用 interrupt() 方法。

　　那么，stop() 和 interrupt() 方法的主要區(qū)別是什么呢?

　　stop() 方法會(huì)真的殺死線程，不給線程喘息的機(jī)會(huì)，如果線程持有 ReentrantLock 鎖，被 stop() 的線程并不會(huì)自動(dòng)調(diào)用 ReentrantLock 的 unlock() 去釋放鎖，那其他線程就再也沒機(jī)會(huì)獲得 ReentrantLock 鎖，這實(shí)在是太危險(xiǎn)了。所以該方法就不建議使用了，類似的方法還有 suspend() 和 resume() 方法，這兩個(gè)方法同樣也都不建議使用。

　　interrupt() 方法僅僅是通知線程，線程有機(jī)會(huì)執(zhí)行一些后續(xù)操作，同時(shí)也可以無視這個(gè)通知。

　　被 interrupt 的線程，是怎么收到通知的呢?

　　一種是異常：

　　線程 A 處于 WAITING、TIMED_WAITING 狀態(tài)時(shí)，如果其他線程調(diào)用線程 A 的 interrupt() 方法，會(huì)使線程 A 返回到 RUNNABLE 狀態(tài)，同時(shí)線程 A 的代碼會(huì)觸發(fā) InterruptedException 異常。上面我們提到轉(zhuǎn)換到 WAITING、TIMED_WAITING 狀態(tài)的觸發(fā)條件，都是調(diào)用了類似 wait()、join()、sleep() 這樣的方法，我們看這些方法的簽名，發(fā)現(xiàn)都會(huì) throws InterruptedException 這個(gè)異常。這個(gè)異常的觸發(fā)條件就是：其他線程調(diào)用了該線程的 interrupt() 方法。

　　當(dāng)線程 A 處于 RUNNABLE 狀態(tài)時(shí)，并且阻塞在 java.nio.channels.InterruptibleChannel 上時(shí)，如果其他線程調(diào)用線程 A 的 interrupt() 方法，線程 A 會(huì)觸發(fā) java.nio.channels.ClosedByInterruptException 這個(gè)異常;而阻塞在 java.nio.channels.Selector 上時(shí)，如果其他線程調(diào)用線程 A 的 interrupt() 方法，線程 A 的 java.nio.channels.Selector 會(huì)立即返回。

　　另一種是主動(dòng)檢測(cè)：

　　如果線程處于 RUNNABLE 狀態(tài)，并且沒有阻塞在某個(gè) I/O 操作上，例如中斷計(jì)算圓周率的線程 A，這時(shí)就得依賴線程 A 主動(dòng)檢測(cè)中斷狀態(tài)了。

　　如果其他線程調(diào)用線程 A 的 interrupt() 方法，那么線程 A 可以通過 isInterrupted() 方法，檢測(cè)是不是自己被中斷。

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