Java 线程的生命周期和状态（实践加深理解）

一、常规回答（八股文）

线程的生命周期一共分为有6个状态，在某个时刻中，一个线程只会处在6个状态中的其中一种。

第1：初始状态（NEW） 当前的线程已经被创建了出来，但是还没有通过调用start()方法来启用。

第2：运行状态（RUNNABLE） 当前的进程已经调用了start()方法，进入了运行的状态，或者正在等待CPU的调度。

第3：阻塞状态（BLOCKED） 当前的线程会暂停执行，等待某些事件的发生，比如等待锁的释放。

第4：等待状态（WAITING） 当前线程会暂停执行，等待其他线程的特定事件。
如果线程调用wait()方法导致暂停，则需其他线程调用notify方法唤醒当前线程；如果线程调用了其他线程的join()方法，则需等待join对应的线程执行完毕后，才能唤醒当前线程。

第5：计时等待状态（TIMED_WAITING） 线程暂停执行，但是在经历了一段时间后会自动被唤醒。如调用Thread.sleep()方法，一段时间内线程被阻塞。

第6：终止状态（TERMINATED） 当前线程的逻辑已经执行完毕，或者遇到了异常而终止，就会进入终止状态。

二、加深理解

加深理解面试题答案的最好方法，无非就是自己实践一次。

所以，为了能够检测到 Java 程序中各个线程的运行状态，这里使用了一个小工具：arthas-boot

2.1 arthas-boot 安装（可跳过）

官方文档：https://alibaba.github.io/arthas
下载连接：https://arthas.aliyun.com/arthas-boot.jar

arthas 实际上是 Alibaba 开源的 Java 诊断工具，它的特点是使用方便，功能强大。

最近学习了 JVM 调优相关的内容，使用到了这个工具，所以这里才想到使用它来检测 Java 程序的线程状态信息（如下图），来更好的理解线程在什么时候会进入什么状态。

在这里插入图片描述
这里简单说一下使用步骤，如不想安装则可以跳过直接看：[点击跳转] 2.2 开始检验线程的状态

第1步， 下载 arthas-boot.jar 文件：https://arthas.aliyun.com/arthas-boot.jar

第2步， 在本地系统运行一个Java程序，比如在 IDEA 中写一个死循环并运行：

在这里插入图片描述

第3步， 打开cmd，进入文件所在目录，执行命令

java -jar arthas-boot.jar

在这里插入图片描述

随后选择需要挂载的 Java 程序，这里我们要监控的是 Test3 这个类，所以在控制台输入1并回车。

在这里插入图片描述

等到出现以下 arthas 的图案，就说明运行成功了。

在这里插入图片描述
输入 thread 命令，即可查看当前进程的所有运行的线程：

在这里插入图片描述

2.2 检测线程的状态

2.2.1 初始状态（NEW）

当一个线程被创建但还没有调用start()方法运行的时候，这时的线程状态应该是 NEW。

这个状态下的线程用arthas工具获取不到，所以就只能用代码获取了。

测试程序：

public class Test3 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread test1 = new Thread(() -> {while (true) {// 模拟线程在执行某些操作}});test1.setName("test1");System.out.printf("线程[%s]当前的状态是: %s\n", test1.getName(), test1.getState());}
}

运行结果：

在这里插入图片描述

2.2.2 运行状态（RUNNABLE）

当一个线程被创建了，且调用了start()方法后，该线程状态应为RUNNABLE

测试程序：

public class Test3 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread test1 = new Thread(() -> {while (true) {// 模拟线程在执行某些操作}});test1.setName("test1");test1.start();doSomething();}/** 保持程序一直执行 */private static void doSomething() {while (true) {try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}

运行结果：

在这里插入图片描述

2.2.3 阻塞状态（BLOCKED）

这个状态下的线程会暂停当前的执行。通常情况下，一个线程在等待锁（锁已被其他线程占用）的时候，这个线程会进入阻塞状态。

测试程序：

public class Test3 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread test1 = new Thread(() -> {enter();});Thread test2 = new Thread(() -> {enter();});/*两个线程都尝试进入enter()方法，但只有一个线程能够拿到 `synchronized` 锁并进入方法，另外一个线程尝试进入方法但会被阻塞。*/test1.setName("test1");test2.setName("test2");test1.start();test2.start();}private synchronized static void enter() {System.out.printf("线程[%s]进来了，它将执行以下耗时的业务操作\n", Thread.currentThread().getName());for (long j = 0L; j < 50000000000L; j++) {}System.out.printf("线程[%s]退出了，释放了锁\n", Thread.currentThread().getName());}
}

运行结果：

# 控制台打印信息：
线程[test1]进来了，它将执行以下耗时的业务操作（以上是目前为止已打印的结果）

此时，线程test1处于运行状态，而线程test2因为没有拿到锁（锁被test1占用），所以处在阻塞BLOCKED状态。

在这里插入图片描述

2.2.4 等待状态（WATING）

(1/2) 情况1：线程本身手动调用 wait() 方法

执行 wait() 方法的那个线程，在执行了该方法后，会释放锁，并进入等待状态WAITING（只有别的线程调用notifyAll()方法才能唤醒该线程）

测试程序：

public class Test3 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread test1 = new Thread(() -> {enter();});Thread test2 = new Thread(() -> {enter();});test1.setName("test1");test2.setName("test2");test1.start();test2.start();}private synchronized static void enter() {System.out.printf("线程[%s]进来了，它将执行以下耗时的业务操作\n", Thread.currentThread().getName());for (long j = 0L; j < 100000000000L; j++) {if (j == 30000000000L) {System.out.printf("线程[%s]执行到一半时，调用了wait()方法\n", Thread.currentThread().getName());try {// 冷知识1：wait()方法必须通过同步监视器对象(monitor)来调用// 冷知识2：静态的同步方法中，monitor默认是当前类的class对象，即Test3.class// 所以这里必须通过"Test3.class"来调用wait()方法，否则会报错Test3.class.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}System.out.printf("线程[%s]执行完毕\n", Thread.currentThread().getName());}
}

运行结果：

# 控制台打印信息：
线程[test1]进来了，它将执行以下耗时的业务操作
线程[test1]执行到一半时，调用了wait()方法
线程[test2]进来了，它将执行以下耗时的业务操作  # 此处说明了wait()方法会释放锁（以上是目前为止已打印的结果）

此时，第一个线程（test1）在方法中执行了wait()后，进入了WAITING状态。

在这里插入图片描述

(2/2) 情况2：某线程调用其他线程的join()方法

测试程序：

public class Test3 {private static Thread test1;private static Thread test2;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {test1 = new Thread(() -> {System.out.println("线程test1开始执行");for (long j = 0L; j < 100000000000L; j++) {if (j == 30000000000L) {System.out.println("线程test1执行到一半时，调用了t2的join()方法");try {test2.join();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}System.out.println("线程test1执行完毕");});test2 = new Thread(() -> {System.out.println("线程test2开始执行");for (long j = 0L; j < 100000000000L; j++) {}System.out.println("线程test2执行完毕");});test1.setName("test1");test2.setName("test2");test1.start();test2.start();}
}

运行结果：

# 控制台打印信息：
线程test1开始执行
线程test2开始执行
线程test1执行到一半时，调用了test2的join()方法 （以上是目前为止已打印的结果）

由于线程test1调用了test2.join()，因此线程test1会暂停执行，只有test2执行完毕后才被唤醒。
此时test1处在等待状态WAITING

在这里插入图片描述

2.2.5 计时等待状态（TIMED_WAITING）

(1/3) 情况1：线程本身手动调用 wait(time) 方法

和 2.2.4 等待状态（WAITING）情况1 其实是类似的，只是调用的方法由wait()变成了wait(time)

测试程序：

public class Test3 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread test1 = new Thread(() -> {enter();});Thread test2 = new Thread(() -> {enter();});test1.setName("test1");test2.setName("test2");test1.start();test2.start();}private synchronized static void enter() {System.out.printf("线程[%s]进来了，它将执行以下耗时的业务操作\n", Thread.currentThread().getName());for (long j = 0L; j < 100000000000L; j++) {if (j == 30000000000L) {System.out.printf("线程[%s]执行到一半时，调用了wait(time)方法\n", Thread.currentThread().getName());try {// wait()方法必须通过同步监视器(monitor)来调用// 冷知识：静态的同步方法中，monitor默认是当前类的class对象，即Test3.class// 所以这里必须通过"Test3.class"来调用wait()方法，否则会报错Test3.class.wait(10 * 1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}System.out.printf("线程[%s]执行完毕\n", Thread.currentThread().getName());}
}

运行结果：

# 控制台打印信息：
线程[test1]进来了，它将执行以下耗时的业务操作
线程[test1]执行到一半时，调用了wait(time)方法
线程[test2]进来了，它将执行以下耗时的业务操作（以上是目前为止已打印的结果）

此时test1线程进入了计时等待状态（TIMED_WAITING）

在这里插入图片描述

(2/3) 情况2：某线程调用其他线程的join(time)方法

和 2.2.4 等待状态（WAITING）情况2 其实是类似的，只是调用的方法由join()变成了join(time)

测试程序：

public class Test3 {private static Thread test1;private static Thread test2;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {test1 = new Thread(() -> {System.out.println("线程test1开始执行");for (long j = 0L; j < 100000000000L; j++) {if (j == 30000000000L) {System.out.println("线程test1执行到一半时，调用了test2的join(time)方法");try {test2.join(10 * 1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}System.out.println("线程test1执行完毕");});test2 = new Thread(() -> {System.out.println("线程test2开始执行");for (long j = 0L; j < 100000000000L; j++) {}System.out.println("线程test2执行完毕");});test1.setName("test1");test2.setName("test2");test1.start();test2.start();}
}

运行结果：

# 控制台打印信息：
线程test1开始执行
线程test2开始执行
线程test1执行到一半时，调用了test2的join(time)方法 （以上是目前为止已打印的结果）

由于线程test1调用了test2.join(time)，test1会处在计时等待状态TIMED_WAITING

在这里插入图片描述

(3/3) 情况3：某线程调用sleep(time)方法

线程调用Thread.sleep(time)方法后，也会进入计时等待状态（TIMED_WAITING）

测试程序：

public class Test3 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread test1 = new Thread(() -> {try {System.out.println("年轻人身体就是好，一进来工作时倒头就睡");Thread.sleep(100 * 1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});test1.setName("test1");test1.start();}
}

运行结果：

# 控制台打印信息：
年轻人身体就是好，一进来工作时倒头就睡

在这里插入图片描述

2.2.6 终止状态（TERMINATED）

当一个线程逻辑已执行完毕，或出现了异常而终止的时候，此时线程状态应该是 TERMINATED。

这个状态下的线程用arthas工具获取不到，所以就只能用代码获取了。

测试程序：

public class Test3 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread test1 = new Thread(() -> {System.out.println("test1执行过程出现异常");int a = 1 / 0;});Thread test2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 100; i++) {int a = 666;}System.out.println("test2任务已执行完毕");});test1.setName("test1");test2.setName("test2");test1.start();test2.start();Thread.sleep(1000);System.out.printf("线程[%s]的状态: %s\n", test1.getName(), test1.getState());System.out.printf("线程[%s]的状态: %s\n", test2.getName(), test2.getState());}
}

运行结果：

# 控制台打印信息：
test1执行过程出现异常
test2任务已执行完毕
Exception in thread "test1" java.lang.ArithmeticException: / by zeroat draft.Test3.lambda$main$0(Test3.java:8)at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
线程[test1]的状态: TERMINATED
线程[test2]的状态: TERMINATED

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