死磕 java線程系列之線程的生命周期

（手機(jī)橫屏看源碼更方便）

注：java源碼分析部分如無特殊說明均基于 java8 版本。

簡介

大家都知道線程是有生命周期，但是彤哥可以認(rèn)真負(fù)責(zé)地告訴你網(wǎng)上幾乎沒有一篇文章講得是完全正確的。

常見的錯誤有：就緒狀態(tài)、運(yùn)行中狀態(tài)（RUNNING）、死亡狀態(tài)、中斷狀態(tài)、只有阻塞沒有等待狀態(tài)、流程圖亂畫等，最常見的錯誤就是說線程只有5種狀態(tài)。

今天這篇文章會徹底講清楚線程的生命周期，并分析synchronized鎖、基于AQS的鎖中線程狀態(tài)變化的邏輯。

所以，對synchronized鎖和AQS原理（源碼）不了解的同學(xué)，請翻一下彤哥之前的文章先熟悉這兩部分的內(nèi)容，否則肯定記不住這里講的線程生命周期。

問題

（1）線程的狀態(tài)有哪些？

（2）synchronized鎖各階段線程處于什么狀態(tài)？

（3）重入鎖、條件鎖各階段線程處于什么狀態(tài)？

先上源碼

關(guān)于線程的生命周期，我們可以看一下java.lang.Thread.State這個類，它是線程的內(nèi)部枚舉類，定義了線程的各種狀態(tài)，并且注釋也很清晰。

public enum State {
    /**
     * 新建狀態(tài)，線程還未開始
     */
    NEW,

    /**
     * 可運(yùn)行狀態(tài)，正在運(yùn)行或者在等待系統(tǒng)資源，比如CPU
     */
    RUNNABLE,

    /**
     * 阻塞狀態(tài)，在等待一個監(jiān)視器鎖（也就是我們常說的synchronized）
     * 或者在調(diào)用了Object.wait()方法且被notify()之后也會進(jìn)入BLOCKED狀態(tài)
     */
    BLOCKED,

    /**
     * 等待狀態(tài)，在調(diào)用了以下方法后進(jìn)入此狀態(tài)
     * 1. Object.wait()無超時的方法后且未被notify()前，如果被notify()了會進(jìn)入BLOCKED狀態(tài)
     * 2. Thread.join()無超時的方法后
     * 3. LockSupport.park()無超時的方法后
     */
    WAITING,

    /**
     * 超時等待狀態(tài)，在調(diào)用了以下方法后會進(jìn)入超時等待狀態(tài)
     * 1. Thread.sleep()方法后【本文由公從號“彤哥讀源碼”原創(chuàng)】
     * 2. Object.wait(timeout)方法后且未到超時時間前，如果達(dá)到超時了或被notify()了會進(jìn)入BLOCKED狀態(tài)
     * 3. Thread.join(timeout)方法后
     * 4. LockSupport.parkNanos(nanos)方法后
     * 5. LockSupport.parkUntil(deadline)方法后
     */
    TIMED_WAITING,

    /**
     * 終止?fàn)顟B(tài)，線程已經(jīng)執(zhí)行完畢
     */
    TERMINATED;
}

流程圖

線程生命周期中各狀態(tài)的注釋完畢了，下面我們再來看看各狀態(tài)之間的流轉(zhuǎn)：

怎么樣？是不是很復(fù)雜？彤哥幾乎把網(wǎng)上的資料都查了一遍，沒有一篇文章把這個流程圖完整畫出來的，下面彤哥就來一一解釋：

（1）為了方便講解，我們把鎖分成兩大類，一類是synchronized鎖，一類是基于AQS的鎖（我們拿重入鎖舉例），也就是內(nèi)部使用了LockSupport.park()/parkNanos()/parkUntil()幾個方法的鎖；

（2）不管是synchronized鎖還是基于AQS的鎖，內(nèi)部都是分成兩個隊(duì)列，一個是同步隊(duì)列（AQS的隊(duì)列），一個是等待隊(duì)列（Condition的隊(duì)列）；

（3）對于內(nèi)部調(diào)用了object.wait()/wait(timeout)或者condition.await()/await(timeout)方法，線程都是先進(jìn)入等待隊(duì)列，被notify()/signal()或者超時后，才會進(jìn)入同步隊(duì)列；

（4）明確聲明，BLOCKED狀態(tài)只有線程處于synchronized的同步隊(duì)列的時候才會有這個狀態(tài)，其它任何情況都跟這個狀態(tài)無關(guān)；

（5）對于synchronized，線程執(zhí)行synchronized的時候，如果立即獲得了鎖（沒有進(jìn)入同步隊(duì)列），線程處于RUNNABLE狀態(tài)；

（6）對于synchronized，線程執(zhí)行synchronized的時候，如果無法獲得鎖（直接進(jìn)入同步隊(duì)列），線程處于BLOCKED狀態(tài)；

（5）對于synchronized內(nèi)部，調(diào)用了object.wait()之后線程處于WAITING狀態(tài)（進(jìn)入等待隊(duì)列）；

（6）對于synchronized內(nèi)部，調(diào)用了object.wait(timeout)之后線程處于TIMED_WAITING狀態(tài)（進(jìn)入等待隊(duì)列）；

（7）對于synchronized內(nèi)部，調(diào)用了object.wait()之后且被notify()了，如果線程立即獲得了鎖（也就是沒有進(jìn)入同步隊(duì)列），線程處于RUNNABLE狀態(tài)；

（8）對于synchronized內(nèi)部，調(diào)用了object.wait(timeout)之后且被notify()了，如果線程立即獲得了鎖（也就是沒有進(jìn)入同步隊(duì)列），線程處于RUNNABLE狀態(tài)；

（9）對于synchronized內(nèi)部，調(diào)用了object.wait(timeout)之后且超時了，這時如果線程正好立即獲得了鎖（也就是沒有進(jìn)入同步隊(duì)列），線程處于RUNNABLE狀態(tài)；

（10）對于synchronized內(nèi)部，調(diào)用了object.wait()之后且被notify()了，如果線程無法獲得鎖（也就是進(jìn)入了同步隊(duì)列），線程處于BLOCKED狀態(tài)；

（11）對于synchronized內(nèi)部，調(diào)用了object.wait(timeout)之后且被notify()了或者超時了，如果線程無法獲得鎖（也就是進(jìn)入了同步隊(duì)列），線程處于BLOCKED狀態(tài)；

（12）對于重入鎖，線程執(zhí)行l(wèi)ock.lock()的時候，如果立即獲得了鎖（沒有進(jìn)入同步隊(duì)列），線程處于RUNNABLE狀態(tài)；

（13）對于重入鎖，線程執(zhí)行l(wèi)ock.lock()的時候，如果無法獲得鎖（直接進(jìn)入同步隊(duì)列），線程處于WAITING狀態(tài)；

（14）對于重入鎖內(nèi)部，調(diào)用了condition.await()之后線程處于WAITING狀態(tài)（進(jìn)入等待隊(duì)列）；

（15）對于重入鎖內(nèi)部，調(diào)用了condition.await(timeout)之后線程處于TIMED_WAITING狀態(tài)（進(jìn)入等待隊(duì)列）；

（16）對于重入鎖內(nèi)部，調(diào)用了condition.await()之后且被signal()了，如果線程立即獲得了鎖（也就是沒有進(jìn)入同步隊(duì)列），線程處于RUNNABLE狀態(tài)；

（17）對于重入鎖內(nèi)部，調(diào)用了condition.await(timeout)之后且被signal()了，如果線程立即獲得了鎖（也就是沒有進(jìn)入同步隊(duì)列），線程處于RUNNABLE狀態(tài)；

（18）對于重入鎖內(nèi)部，調(diào)用了condition.await(timeout)之后且超時了，這時如果線程正好立即獲得了鎖（也就是沒有進(jìn)入同步隊(duì)列），線程處于RUNNABLE狀態(tài)；

（19）對于重入鎖內(nèi)部，調(diào)用了condition.await()之后且被signal()了，如果線程無法獲得鎖（也就是進(jìn)入了同步隊(duì)列），線程處于WAITING狀態(tài)；

（20）對于重入鎖內(nèi)部，調(diào)用了condition.await(timeout)之后且被signal()了或者超時了，如果線程無法獲得鎖（也就是進(jìn)入了同步隊(duì)列），線程處于WAITING狀態(tài)；

（21）對于重入鎖，如果內(nèi)部調(diào)用了condition.await()之后且被signal()之后依然無法獲取鎖的，其實(shí)經(jīng)歷了兩次WAITING狀態(tài)的切換，一次是在等待隊(duì)列，一次是在同步隊(duì)列；

（22）對于重入鎖，如果內(nèi)部調(diào)用了condition.await(timeout)之后且被signal()或超時了的，狀態(tài)會有一個從TIMED_WAITING切換到WAITING的過程，也就是從等待隊(duì)列進(jìn)入到同步隊(duì)列；

為了便于理解，彤哥這里每一條都分的比較細(xì)，麻煩耐心看完。

測試用例

看完上面的部分，你肯定想知道怎么去驗(yàn)證，下面彤哥就說說驗(yàn)證的方法，先給出測試用例。

public class ThreadLifeTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Object object = new Object();
        ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
        Condition condition = lock.newCondition();

        new Thread(()->{
            synchronized (object) {
                try {
                    System.out.println("thread1 waiting");
                    object.wait();
//                    object.wait(5000);
                    System.out.println("thread1 after waiting");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "Thread1").start();

        new Thread(()->{
            synchronized (object) {
                try {
                    System.out.println("thread2 notify");
                    // 打開或關(guān)閉這段注釋，觀察Thread1的狀態(tài)
//                    object.notify();【本文由公從號“彤哥讀源碼”原創(chuàng)】
                    // notify之后當(dāng)前線程并不會釋放鎖，只是被notify的線程從等待隊(duì)列進(jìn)入同步隊(duì)列
                    // sleep也不會釋放鎖
                    Thread.sleep(10000000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "Thread2").start();

        new Thread(()->{
            lock.lock();
            System.out.println("thread3 waiting");
            try {
                condition.await();
//                condition.await(200, (TimeUnit).SECONDS);
                System.out.println("thread3 after waiting");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "Thread3").start();

        new Thread(()->{
            lock.lock();
            System.out.println("thread4");
            // 打開或關(guān)閉這段注釋，觀察Thread3的狀態(tài)
//            condition.signal();【本文由公從號“彤哥讀源碼”原創(chuàng)】
            // signal之后當(dāng)前線程并不會釋放鎖，只是被signal的線程從等待隊(duì)列進(jìn)入同步隊(duì)列
            // sleep也不會釋放鎖
            try {
                Thread.sleep(1000000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "Thread4").start();

    }
}

打開或關(guān)閉上面注釋部分的代碼，使用IDEA的RUN模式運(yùn)行代碼，然后點(diǎn)擊左邊的一個攝像頭按鈕(jstack)，查看各線程的狀態(tài)。

注：不要使用DEBUG模式，DEBUG模式全都變成WAITING狀態(tài)了，很神奇。

彩蛋

其實(shí)，本來這篇是準(zhǔn)備寫線程池的生命周期的，奈何線程的生命周期寫了太多，等下一篇我們再來一起學(xué)習(xí)線程池的生命周期吧。