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  • 线程生命周期

    摘要:

    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,它要经过新建(New)、就绪(Runnable)、运行(Running)、阻塞(Blocked)和死亡(Dead)5种状态。尤其是当线程启动以后,它不可能一直"霸占"着CPU独自运行,所以CPU需要在多条线程之间切换,于是线程状态也会多次在运行、阻塞之间切换

    1. 新建状态,当程序使用new关键字创建了一个线程之后,该线程就处于新建状态,此时仅由JVM为其分配内存,并初始化其成员变量的值

    2. 就绪状态,当线程对象调用了start()方法之后,该线程处于就绪状态。Java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器,等待调度运行

    3. 运行状态,如果处于就绪状态的线程获得了CPU,开始执行run()方法的线程执行体,则该线程处于运行状态

    4. 阻塞状态,当处于运行状态的线程失去所占用资源之后,便进入阻塞状态

    5. 在线程的生命周期当中,线程的各种状态的转换过程

    一、新建和就绪状态

    当程序使用new关键字创建了一个线程之后,该线程就处于新建状态,此时它和其他的Java对象一样,仅仅由Java虚拟机为其分配内存,并初始化其成员变量的值。此时的线程对象没有表现出任何线程的动态特征,程序也不会执行线程的线程执行体。

    当线程对象调用了start()方法之后,该线程处于就绪状态。Java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器,处于这个状态中的线程并没有开始运行,只是表示该线程可以运行了。至于该线程何时开始运行,取决于JVM里线程调度器的调度。

    注意:启动线程使用start()方法,而不是run()方法。永远不要调用线程对象的run()方法。调用start0方法来启动线程,系统会把该run()方法当成线程执行体来处理;但如果直按调用线程对象的run()方法,则run()方法立即就会被执行,而且在run()方法返回之前其他线程无法并发执行。也就是说,系统把线程对象当成一个普通对象,而run()方法也是一个普通方法,而不是线程执行体。需要指出的是,调用了线程的run()方法之后,该线程已经不再处于新建状态,不要再次调用线程对象的start()方法。只能对处于新建状态的线程调用start()方法,否则将引发IllegaIThreadStateExccption异常。

    调用线程对象的start()方法之后,该线程立即进入就绪状态——就绪状态相当于"等待执行",但该线程并未真正进入运行状态。如果希望调用子线程的start()方法后子线程立即开始执行,程序可以使用Thread.sleep(1) 来让当前运行的线程(主线程)睡眠1毫秒,1毫秒就够了,因为在这1毫秒内CPU不会空闲,它会去执行另一个处于就绪状态的线程,这样就可以让子线程立即开始执行。

    二、运行和阻塞状态

    2.1 线程调度

    如果处于就绪状态的线程获得了CPU,开始执行run()方法的线程执行体,则该线程处于运行状态,如果计算机只有一个CPU。那么在任何时刻只有一个线程处于运行状态,当然在一个多处理器的机器上,将会有多个线程并行执行;当线程数大于处理器数时,依然会存在多个线程在同一个CPU上轮换的现象。

    当一个线程开始运行后,它不可能一直处于运行状态(除非它的线程执行体足够短,瞬间就执行结束了)。线程在运行过程中需要被中断,目的是使其他线程获得执行的机会,线程调度的细节取决于底层平台所采用的策略。对于采用抢占式策略的系统而言,系统会给每个可执行的线程一个小时间段来处理任务;当该时间段用完后,系统就会剥夺该线程所占用的资源,让其他线程获得执行的机会。在选择下一个线程时,系统会考虑线程的优先级。

    所有现代的桌面和服务器操作系统都采用抢占式调度策略,但一些小型设备如手机则可能采用协作式调度策略,在这样的系统中,只有当一个线程调用了它的sleep()或yield()方法后才会放弃所占用的资源——也就是必须由该线程主动放弃所占用的资源。

    2.2 线程阻塞

    当发生如下情况时,线程将会进入阻塞状态

    ① 线程调用sleep()方法主动放弃所占用的处理器资源

    ② 线程调用了一个阻塞式IO方法,在该方法返回之前,该线程被阻塞

    ③ 线程试图获得一个同步监视器,但该同步监视器正被其他线程所持有。关于同步监视器的知识、后面将存更深入的介绍

    ④ 线程在等待某个通知(notify)

    ⑤ 程序调用了线程的suspend()方法将该线程挂起。但这个方法容易导致死锁,所以应该尽量避免使用该方法

    当前正在执行的线程被阻塞之后,其他线程就可以获得执行的机会。被阻塞的线程会在合适的时候重新进入就绪状态,注意是就绪状态而不是运行状态。也就是说,被阻塞线程的阻塞解除后,必须重新等待线程调度器再次调度它。

    2.3 解除阻塞

    针对上面几种情况,当发生如下特定的情况时可以解除上面的阻塞,让该线程重新进入就绪状态:

    ① 调用sleep()方法的线程经过了指定时间。

    ② 线程调用的阻塞式IO方法已经返回。

    ③ 线程成功地获得了试图取得的同步监视器。

    ④ 线程正在等待某个通知时,其他线程发出了个通知。

    ⑤ 处于挂起状态的线程被调甩了resdme()恢复方法。

    图 2.1 线程状态转换图

    从图2.1中可以看出,线程从阻塞状态只能进入就绪状态,无法直接进入运行状态。而就绪和运行状态之间的转换通常不受程序控制,而是由系统线程调度所决定。当处于就绪状态的线程获得处理器资源时,该线程进入运行状态;当处于运行状态的线程失去处理器资源时,该线程进入就绪状态。但有一个方法例外,调用yield()方法可以让运行状态的线程转入就绪状态。关于yield()方法后面有更详细的介纽。

    三、线程死亡

    3.1 死亡状态

    线程会以如下3种方式结束,结束后就处于死亡状态:

    ① run()或call()方法执行完成,线程正常结束。

    ② 线程抛出一个未捕获的Exception或Error。

    ③ 直接调用该线程stop()方法来结束该线程——该方法容易导致死锁,通常不推荐使用。

    3.2 程序设计

    当主线程结束时,其他线程不受任何影响,并不会随之结束。一旦子线程启动起来后,它就拥有和主线程相同的地位,它不会受主线程的影响。为了测试某个线程是否已经死亡,可以调用线程对象的isAlivc()方法,当线程处于就绪、运行、阻塞了种状态时,该方法将返回true;当线程处于新建、死亡状态时,该方法将返回false。

    不要试图对一个已经死亡的线程调用start()方法使它重新启动,死亡就是死亡,该线程将不可再次作为线程执行。

    下面程序尝试对处于死亡状态的线程再次调用start()。

    1. package test;
      
      public class StartDead extends Thread {
      
         private int i;
      
       
      
         // 重写run方法,run方法的方法体就是线程执行体
      
         public void run() {
      
            for (; i < 100; i++) {
      
               System.out.println(getName() + "" + i);
      
            }
      
         }
      
       
      
         public static void main(String[] args) {
      
            // 创建线程对象
      
            StartDead sd = new StartDead();
      
            for (int i = 0; i < 300; i++) {
      
               // 调用Thread的currentThread方法获取当前线程
      
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "" + i);
      
               if (i == 20) {
      
                  // 启动线程
      
                  sd.start();
      
                  // 判断启动后线程的isAlive()值,输出true
      
                  System.out.println(sd.isAlive());
      
               }
      
               // 只有当线程处于新建、死亡两种状态时isAlive()方法返回false。
      
               // 当i > 20,则该线程肯定已经启动过了,如果sd.isAlive()为假时,
      
               // 那只能是死亡状态了。
      
               if (i > 20 && !sd.isAlive())
      
       
      
               {
      
                  // 试图再次启动该线程
      
                  sd.start();
      
               }
      
            }
      
         }
      
      }

    3.3 运行结果

    main 0

    main 1

    main 2

    main 3

    main 4

    main 5

    main 6

    main 7

    main 8

    main 9

    main 10

    main 11

    main 12

    main 13

    main 14

    main 15

    main 16

    main 17

    main 18

    main 19

    main 20

    true

    main 21

    …………

    Thread-0 0

    Thread-0 1

    Thread-0 2

    Thread-0 3

    Thread-0 4

    Thread-0 5

    Thread-0 6

    Thread-0 7

    Thread-0 8

    ………………

    Thread-0 92

    Thread-0 93

    Thread-0 94

    Thread-0 95

    Thread-0 96

    Thread-0 97

    Thread-0 98

    Thread-0 99

    main 25

    Exception

    main→主线程

    Thread-0→线程1

    Exception→异常

    上面程序中的粗体字代码试图在线程已死亡的情况下再次调用start()方法来启动该线程。运行上面程序,将引发IllegaIThreadStateException异常,这表明处于死亡状态的线程无法再次运行了。

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