线程状态详解

在Java中，线程的生命周期由Thread.State枚举定义，包含6个状态：NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING、TERMINATED。理解这些状态及其转换条件是掌握多线程编程的基础。

线程状态转换图

NEW

→

RUNNABLE

→

TERMINATED

BLOCKED

↕

RUNNABLE

↕

WAITING

TIMED_WAITING

↕

RUNNABLE

六种线程状态

NEW（新建）

线程对象已创建但尚未调用start()方法。此时线程还没有开始执行。

RUNNABLE（可运行）

线程正在Java虚拟机中执行，但可能正在等待操作系统的其他资源，如CPU时间片。

BLOCKED（阻塞）

线程被阻塞等待监视器锁，通常发生在synchronized代码块或方法中。

WAITING（等待）

线程无限期等待另一个线程执行特定操作，如调用Object.wait()或Thread.join()。

TIMED_WAITING（超时等待）

线程等待指定时间，如Thread.sleep()、Object.wait(timeout)等。

TERMINATED（终止）

线程执行完毕或因异常而终止，run()方法执行完成。

重要提示

RUNNABLE状态在Java中包含了操作系统层面的READY和RUNNING状态，这是因为Java无法精确区分线程是在等待CPU时间片还是正在执行。

状态转换条件

线程状态之间的转换有明确的触发条件，理解这些条件有助于我们更好地控制线程的行为。

主要状态转换

NEW → RUNNABLE：调用Thread.start()方法
RUNNABLE → BLOCKED：尝试获取synchronized锁失败
BLOCKED → RUNNABLE：成功获取synchronized锁
RUNNABLE → WAITING：调用Object.wait()、Thread.join()等方法
WAITING → RUNNABLE：其他线程调用Object.notify()、notifyAll()或join的线程执行完毕
RUNNABLE → TIMED_WAITING：调用Thread.sleep()、Object.wait(timeout)等方法
TIMED_WAITING → RUNNABLE：超时时间到达或被其他线程唤醒
RUNNABLE → TERMINATED：run()方法执行完毕或抛出未捕获异常

// 演示线程状态转换
public class ThreadStateDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            try {
                System.out.println("线程开始执行");
                Thread.sleep(2000); // TIMED_WAITING
                System.out.println("线程执行完毕");
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        });
        
        System.out.println("创建后状态: " + thread.getState()); // NEW
        
        thread.start();
        System.out.println("启动后状态: " + thread.getState()); // RUNNABLE
        
        Thread.sleep(100);
        System.out.println("睡眠中状态: " + thread.getState()); // TIMED_WAITING
        
        thread.join();
        System.out.println("结束后状态: " + thread.getState()); // TERMINATED
    }
}

线程调度机制

Java虚拟机采用抢占式调度模型，线程的执行顺序由操作系统的线程调度器决定。理解调度机制有助于我们编写更高效的多线程程序。

调度策略

抢占式调度

高优先级线程可以抢占低优先级线程的CPU时间，但优先级只是调度的参考，不保证执行顺序。

时间片轮转

同优先级线程采用时间片轮转方式，每个线程获得相等的CPU时间片。

公平调度

现代JVM尽量保证线程调度的公平性，避免线程饥饿现象。

注意事项

不要依赖线程优先级来控制程序逻辑，因为不同操作系统的调度策略可能不同。应该使用同步机制来确保程序的正确性。

线程监控工具

Java提供了多种工具来监控和分析线程状态，这些工具对于调试和性能优化非常重要。

常用监控工具

jstack

命令行工具，用于生成线程堆栈快照，分析线程状态和死锁问题。

jstack <pid>

jconsole

图形化监控工具，可以实时查看线程状态、内存使用情况等。

VisualVM

功能强大的可视化工具，提供线程分析、性能分析等功能。

// 程序内监控线程状态
public class ThreadMonitor {
    public static void monitorThread(Thread thread) {
        System.out.println("线程名称: " + thread.getName());
        System.out.println("线程状态: " + thread.getState());
        System.out.println("是否存活: " + thread.isAlive());
        System.out.println("是否守护线程: " + thread.isDaemon());
        System.out.println("线程优先级: " + thread.getPriority());
    }
    
    public static void printAllThreads() {
        ThreadGroup rootGroup = Thread.currentThread().getThreadGroup();
        while (rootGroup.getParent() != null) {
            rootGroup = rootGroup.getParent();
        }
        
        Thread[] threads = new Thread[rootGroup.activeCount()];
        rootGroup.enumerate(threads);
        
        for (Thread thread : threads) {
            if (thread != null) {
                System.out.println(thread.getName() + ": " + thread.getState());
            }
        }
    }
}

优雅停止线程

正确停止线程是多线程编程中的重要技能。Java提供了interrupt机制来实现线程的优雅停止，避免使用已废弃的stop()方法。

停止线程的方法

interrupt机制

通过调用interrupt()方法设置中断标志，线程检查标志后自行停止。

标志位控制

使用volatile布尔变量作为停止标志，线程定期检查标志状态。

资源清理

在线程停止前确保释放所有资源，如关闭文件、网络连接等。

// 使用interrupt机制优雅停止线程
public class GracefulShutdownDemo {
    private static class InterruptibleTask implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            try {
                while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                    // 执行任务
                    System.out.println("执行任务中...");
                    Thread.sleep(1000);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                // 恢复中断状态
                Thread.currentThread().interrupt();
                System.out.println("线程被中断，开始清理资源");
            } finally {
                // 清理资源
                cleanup();
            }
        }
        
        private void cleanup() {
            System.out.println("资源清理完成");
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread worker = new Thread(new InterruptibleTask());
        worker.start();
        
        // 运行3秒后停止
        Thread.sleep(3000);
        worker.interrupt();
        
        // 等待线程结束
        worker.join();
        System.out.println("主线程结束");
    }
}

                    
                    最佳实践
                
永远不要使用Thread.stop()方法，它已被废弃且不安全
在可能阻塞的操作前检查中断状态
捕获InterruptedException后要恢复中断状态
使用finally块确保资源得到正确清理
为长时间运行的任务提供取消机制

🔄 线程生命周期

学习目标

线程状态详解

线程状态转换图

六种线程状态

状态转换条件

主要状态转换

线程调度机制

调度策略

线程监控工具

常用监控工具

优雅停止线程

停止线程的方法