Java线程状态转化图描述 java线程的状态转换流程

一、线程的状态简介

JDK 的线程状态枚举类 java.lang.Thread.State ，定义了线程的6种状态：

• NEW: 新建线程，尚未调用 thread.start()
• RUNNABLE: 可在 JVM 中执行，需等待CPU资源
• BLOCKED: 调用了 Synchronized 方法或语句块，等待对象锁资源
• WAITING: 调用了 Object#wait(), Thread#join(), LockSupport#park() 等方法中的一个，等待其他线程执行特定的动作 (notify 或 线程终止)
• TIMED_WAITING: 调用了 Thread#sleep(long), Object#wait(long), Thread#join(long), LockSupport#parkNanos, LockSupport#parkUntil 等方法中的一个
• TERMINATED: 线程执行完毕

二、线程的状态转换

注：上面列出的为线程的正常状态流转，可调用 Thread#interrupt() 中断。

RUNNABLE

RUNNABLE 状态表示该线程已就绪，可运行，但不一定能立刻执行，还需等待CPU 调度 。

BLOCKED

1. 线程进入 Synchronized 方法或语句块；
2. 线程调用 Object#wait 方法被 Object#notify/notifyAll 唤醒后，变为 RUNNABLE 状态，并重新竞争 monitor 锁；

注：线程需要先竞争 monitor 锁成功，再等待 CPU 调度。

WAITING

线程调用 Object#wait(), Thread#join(), LockSupport#park() 等方法中的一个，进入 WAITING 状态。需要其他线程调用 Object#notity() 或 Object#notifyAll() 方法唤醒线程，否则一直等待。

TIMED_WAITING

线程调用 Thread#sleep(long), Object#wait(long), Thread#join(long), LockSupport#parkNanos, LockSupport#parkUntil 等方法中的一个，进入 TIMED_WAITING 状态。其他线程调用 Object#notity(), Object#notifyAll() 或超时时间到达，唤醒线程。

三、monitor 和 wait set

在 Java Language Specification 的描述中，Java 每个对象都有一个关联的 monitor(监视器) 和 wait set(等待队列)，通过 Synchronized 和 wait/notify 进行转换：

1. 线程通过 Synchronized 获取 monitor 锁，多线程时，未获取到锁的线程进入 Entry Set 等待；
2. 已获取 monitor 锁的线程，通过调用 Object#wait 方法，进入 Wait Set 等待区，并释放 monitor 锁；
3. 其他线程通过 Object#notify, Object#notifyAll 方式唤醒 Wait Set 区内的线程，竞争 对象 Monitor 锁。

图示如下:

注意1：在调用 Object#wait, Object#notify, Object#notifyAll 等方法之前，必须先获得该对象的 monitor。

注意2: 通过调用 Synchronized 获取对象的 monitor 锁的方式有:

class Ex {
    private Object L = new Object();

    // 锁对象是Ex.class
    public static synchronized A() { ... }
    
    // 锁对象是当前对象（this）
    public synchronized A() { ... }
    
    public A() {
        // 锁对象是L
        synchronized(L) {
            ...
        }
    }
}

四、方法说明

Thread#sleep(long)

调用后进入 TIMED_WAITING 状态，使当前线程休眠一定时间，不会释放对象锁，时间到了，则线程进入 RUNNABLE 状态。

Object#wait()/Object#wait(long)

调用后线程状态变为 WAITING/TIMED_WAITING，进入等待队列 (wait set)，并释放监视器锁。

注：当前线程必须先获得监视器锁，否则抛 IllegalMonitorStateException 异常。

Thread#join()

等待当前线程消亡，同步方法。内部通过判断线程 isAlive() 状态，循环调用 Object#wait(long)。

Object#notify()/notifyAll()

notify: 唤醒一个等待队列中的线程，如果有多个线程，则由 JVM 任意挑选一个。
notifyAll: 唤醒所有等待队列中的线程。

其他线程调用 Object#notify()/notifyAll() 后，当前线程变为 RUNNABLE，并重新竞争 monitor 锁，竞争成功状态变为 RUNNABLE，竞争失败变为 BLOCKED。

调用 notify/notifyAll 后，调用线程并不一定立即释放 monitor 锁，需等待对应逻辑执行完，即线程为 terminated 或被中断，才会释放。

注：当前线程必须先获得监视器锁，否则抛 IllegalMonitorStateException 异常。

Thread#yield()

提示 CPU 可以释放当前线程占用的 CPU 资源，防止 CPU 过度使用，但 CPU 可以忽略这个提示。

让出 CPU 资源后，当前线程变为 RUNNABLE 状态，继续和其他线程竞争 CPU 资源。

Thread#interrupt()

可中断正在运行的线程。需要注意的点有：

• 如果中断的不是正在运行的线程，会调用 java.lang.Thread#checkAccess 方法，可能抛出 java.lang.SecurityException 异常
• 如果线程阻塞在 wait, join, sleep 等方法时，中断状态会被清除，并抛出 java.lang.InterruptedException 异常
• 如果线程阻塞在使用 java.nio.channels.InterruptibleChannel 的 I/O 操作，会关闭管道，设置中断状态，抛出 java.nio.channels.ClosedByInterruptException 异常
• 如果线程阻塞在 java.nio.channels.Selector，设置中断状态，并立即返回，和调用 Selector#wakeup() 方法一样
• 如果不是以上列出的情形，则设置中断状态
• 不会对已终结的线程造成影响

五、如何查看线程状态

使用 jstack <pid>命令，可以查看进程的线程信息。

RUNNABLE

运行中：

等待资源：

WAITING

调用 Object.wait():

调用 LockSupport#park():

TIMED_WAITING

调用 Object#wait(long):

调用 Thread#sleep(long):

调用 LockSupport#parkNanos(long):

参考资料

java.lang.Thread.StateJava Language SpecificationJava线程同步机制Monitors – The Basic Idea of Java Synchronization