线程的状态

本文的主题是讨论线程的状态。主要为操作系统层面的线程状态以及JVM层面上的线程状态之间的联系。并对JVM线程不同状态间的转换的方式进行梳理。

1. 操作系统层面

操作系统层面的线程状态有五种，分别是：New、Ready、Running、Waiting、Terminate。如下图所示：

• New: 仅是在语⾔层⾯创建了线程对象，还未与操作系统线程关联；
• Ready: 指该线程已经被创建（与操作系统线程关联），可以由 CPU 调度执⾏；
• Running: 指获取了 CPU 时间⽚运⾏中的状态。当 CPU 时间⽚⽤完，会从运⾏状态转换⾄可运⾏状态，会导致线程的上下⽂切换；
• Waiting: 如果调⽤了阻塞 API，如 BIO 读写⽂件，这时该线程实际不会⽤到 CPU，会导致线程上下⽂切换，进⼊Waiting状态，等 BIO 操作完毕，会由操作系统唤醒阻塞的线程，转换⾄Ready状态，与Ready的区别是，对Waiting的线程来说只要它们⼀直不唤醒，调度器就⼀直不会考虑调度它们。
• Terminate: 表示线程已经执行完毕，生命周期已经结束，不会转换为其他状态。

2. JVM层面

JVM层面的线程状态有六种，可以在java.lang.Thread.State源码中看到，分别是：NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING、TERMINATED。如下：

public enum State {  

	/**
	* 尚未启动的线程的线程状态
	*/
    NEW,  
    
	/**
	* 可运行线程的线程状态。处于可运行状态的线程正在Java虚拟机中执行，但它可能正在等待来自操作系统(如处理器) 的其他资源。
	*/
    RUNNABLE,  
    
	/**
	* 等待监视器锁的线程的线程状态。处于阻塞状态的线程正在等待监视器锁进入同步块
	* 方法或在调用后重新进入同步块
	* 方法 Object. wait．
	*/
    BLOCKED,  
    
	/**
	* 等待线程的线程状态。线程由于调用以下方法之一而处于等待状态:
	* Object. wait 没有超时
	* Thread. join 没有超时
	* LockSupport. park
	* 处于等待状态的线程正在等待另一个线程执行特定的操作。
	* 例如，一个线程调用 Object. wait () 对象正在等待另一个线程调用 Object. notify () 或 Object. notifyAll () 在那个物体上。已经调用的线程 Thread. join () 正在等待指定线程终止。
	*/
    WAITING,  

	/**
	* 指定等待时间的等待线程的线程状态。线程处于定时等待状态，因为调用了以下方法之一，并指定了正等待时间:
	* thread . sleep
	* Object. wait 与超时
	* Thread. join 与超时
	* LockSupport. parkNanos
	* LockSupport. parkUntil
	*/
    TIMED_WAITING,  
    
	/**
	* 终止线程的线程状态。线程已完成执行。
	*/
    TERMINATED;  
}

3. 两种层面上线程状态的联系

以下为操作系统层面和JVM层面线程状态之间的关系：

忽略New和Terminate状态。由上图可见，JVM层面的Runnable状态包含了操作系统层面的 Ready、Running和Waiting状态。且BLOCKED、TIMED_WAITING、WAITING是JAVA层面对于 WAITING状态的细分。

Waiting状态在JVM层面也可以被认为是RUNNABLE是因为BIO导致的线程阻塞，Java无法区分。

4. 线程状态的转换

状态转换如下图所示：

对于各种状态转换的情况，以下将逐一解释其转换方式：

4.1 NEW –> RUNNABLE

• t.start()

4.2 RUNNABLE –> TERMINATE

当前线程的所有代码运行结束后，进入TERMINATE。

4.3 RUNNABLE <–> BLOCKED

• 线程用synchronized(obj)获取对象锁时，若竞争失败，则进入BLOCKED；
• 持对象锁线程的同步代码块执⾏完毕，会唤醒该对象上所有 BLOCKED 的线程重新竞争，如果其中 t 线程竞争 成功，从BLOCKED转为RUNNABLE ，其它失败的线程仍然 BLOCKED。

4.4 RUNNABLE <–> WAITING

• 当前线程调用LockSupport.park()时，当前线程会进入WAITING状态。调用LockSupport.unpark()、interrupt()目标线程会进入RUNNABLE状态；
• 当前线程调用t.join()时，当前线程会进入WAITING状态。t线程运行结束或者调用t.interrupt()目标线程会进入RUNNABLE状态；
• 当前线程调用obj.wait()时，当前线程会进入WAITING状态。调用obj.notify()或者obj.notifyAll()时，目标线程有可能会进入RUNNABLE状态。

调用notify()时，会随机唤醒一个线程，调用notifyAll()时，会唤醒此条件下的所有线程，让他们进行争抢锁资源，若没争抢到，则继续进入WAITING状态。否则，进入RUNNABLE状态。

4.5 RUNNABLE <–> TIMED_WAITING

• 当前线程调用LockSupport.parkUtil()或者LockSupport.parkNanos()时，当前线程会进入TIMED_WAITING状态。调用LockSupport.unpark()或interrupt()目标线程会进入RUNNABLE状态；
• 当前线程调用t.join(long n)时，当前线程会进入TIMED_WAITING状态。当前线程等待了n毫秒或者t线程运行结束，或者调用了interrupt()时，当前线程会进入RUNNABLE状态；
• 当前线程调用wait(long n)时，当前线程会进入TIMED_WAITING状态。当前线程等待了n毫秒，当前线程会进入RUNNABLE状态。或者调用了notify()或notifyAll()时，当前线程有可能会进入RUNNABLE状态；
• 当前线程调用Thread.sleep(long n)时，当前线程会进入TIMED_WAITING状态。n毫秒后当前线程会进入RUNNABLE状态；

以上描述图示如下：