Java線程狀態分析

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Java線程的生命週期中，存在幾種狀態。在Thread類裡有一個枚舉類型State，定義了線程的幾種狀態，分別有：

1. NEW: 線程建立之後，但是還沒有啟動(not yet started)。這時候它的狀態就是NEW
2. RUNNABLE: 正在Java虛擬機器下跑任務的線程的狀態。在RUNNABLE狀態下的線程可能會處於等待狀態， 因為它正在等待一些系統資源的釋放，比如IO
3. BLOCKED: 阻塞狀態，等待鎖的釋放，比如線程A進入了一個synchronized方法，線程B也想進入這個方法，但是這個方法的鎖已經被線程A擷取了，這個時候線程B就處於BLOCKED狀態
4. WAITING: 等待狀態，處於等待狀態的線程是由於執行了3個方法中的任意方法。 1. Object的wait方法，並且沒有使用timeout參數; 2. Thread的join方法，沒有使用timeout參數 3. LockSupport的park方法。 處於waiting狀態的線程會等待另外一個線程處理特殊的行為。 再舉個例子，如果一個線程調用了一個對象的wait方法，那麼這個線程就會處於waiting狀態直到另外一個線程調用這個對象的notify或者notifyAll方法後才會解除這個狀態
5. TIMED_WAITING: 有等待時間的等待狀態，比如調用了以下幾個方法中的任意方法，並且指定了等待時間，線程就會處於這個狀態。 1. Thread.sleep方法 2. Object的wait方法，帶有時間 3. Thread.join方法，帶有時間 4. LockSupport的parkNanos方法，帶有時間 5. LockSupport的parkUntil方法，帶有時間
6. TERMINATED: 線程中止的狀態，這個線程已經完整地執行了它的任務

下面通過幾個例子再次說明一下在什麼情況下，線程會處於這幾種狀態：

NEW狀態

NEW狀態比較簡單，執行個體化一個線程之後，並且這個線程沒有開始執行，這個時候的狀態就是NEW：

Thread thread = new Thread();System.out.println(thread.getState()); // NEW

RUNNABLE狀態

正在啟動並執行狀態。

Thread thread = new Thread(new Runnable() {    @Override    public void run() {        for(int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i ++) {            System.out.println(i);        }    }}, "RUNNABLE-Thread");thread.start();

使用jstack查看線程狀態：

"RUNNABLE-Thread" #10 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007f8e04981000 nid=0x4f03 runnable [0x000070000124c000]   java.lang.Thread.State: RUNNABLE  at java.io.FileOutputStream.writeBytes(Native Method)  at java.io.FileOutputStream.write(FileOutputStream.java:315)  at java.io.BufferedOutputStream.flushBuffer(BufferedOutputStream.java:82)  at java.io.BufferedOutputStream.flush(BufferedOutputStream.java:140)  - locked <0x000000079764cc50> (a java.io.BufferedOutputStream)  at java.io.PrintStream.write(PrintStream.java:482)  - locked <0x0000000797604dc0> (a java.io.PrintStream)  at sun.nio.cs.StreamEncoder.writeBytes(StreamEncoder.java:221)  at sun.nio.cs.StreamEncoder.implFlushBuffer(StreamEncoder.java:291)  at sun.nio.cs.StreamEncoder.flushBuffer(StreamEncoder.java:104)  - locked <0x0000000797604d78> (a java.io.OutputStreamWriter)  at java.io.OutputStreamWriter.flushBuffer(OutputStreamWriter.java:185)  at java.io.PrintStream.write(PrintStream.java:527)  - eliminated <0x0000000797604dc0> (a java.io.PrintStream)  at java.io.PrintStream.print(PrintStream.java:597)  at java.io.PrintStream.println(PrintStream.java:736)  - locked <0x0000000797604dc0> (a java.io.PrintStream)  at study.thread.ThreadStateTest$1.run(ThreadStateTest.java:23)  at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

BLOCKED狀態

線程A和線程B都需要持有lock對象的鎖才能調用方法。如果線程A持有鎖，那麼線程B處於BLOCKED狀態；如果線程B持有鎖，那麼線程A處於BLOCKED狀態。例子中使用Thread.sleep方法主要是用於調試方便：

final Object lock = new Object();Thread threadA = new Thread(new Runnable() {    @Override    public void run() {        synchronized (lock) {            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " invoke");            try {                Thread.sleep(20000l);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }}, "BLOCKED-Thread-A");Thread threadB = new Thread(new Runnable() {    @Override    public void run() {        synchronized (lock) {            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " invoke");            try {                Thread.sleep(20000l);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }}, "BLOCKED-Thread-B");threadA.start();threadB.start();

使用jstack查看線程狀態。由於線程A先執行，線程B後執行，而且線程A執行後調用了Thread.sleep方法，所以線程A會處於TIMED_WAITING狀態，線程B處於BLOCKED狀態：

"BLOCKED-Thread-B" #11 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007fa7db8ff000 nid=0x5103 waiting for monitor entry [0x000070000134f000]   java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)  at study.thread.ThreadStateTest$3.run(ThreadStateTest.java:50)  - waiting to lock <0x0000000795a03bf8> (a java.lang.Object)  at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)"BLOCKED-Thread-A" #10 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007fa7db15a000 nid=0x4f03 waiting on condition [0x000070000124c000]   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)  at java.lang.Thread.sleep(Native Method)  at study.thread.ThreadStateTest$2.run(ThreadStateTest.java:39)  - locked <0x0000000795a03bf8> (a java.lang.Object)  at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

WAITING狀態

Object的wait方法、Thread的join方法以及Conditon的await方法都會產生WAITING狀態。

1.沒有時間參數的Object的wait方法

final Object lock = new Object();Thread threadA = new Thread(new Runnable() {    @Override    public void run() {        synchronized (lock) {            try {                lock.wait();                System.out.println("wait over");            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }}, "WAITING-Thread-A");Thread threadB = new Thread(new Runnable() {    @Override    public void run() {        synchronized (lock) {            try {                Thread.sleep(20000);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }            lock.notifyAll();        }    }}, "WAITING-Thread-B");threadA.start();threadB.start();

WAITING-Thread-A調用了lock的wait，處於WAITING狀態：

"WAITING-Thread-B" #11 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007f8de992d800 nid=0x5103 waiting on condition [0x000070000134f000]   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)  at java.lang.Thread.sleep(Native Method)  at study.thread.ThreadStateTest$5.run(ThreadStateTest.java:84)  - locked <0x0000000795a03e40> (a java.lang.Object)  at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)"WAITING-Thread-A" #10 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007f8dea193000 nid=0x4f03 in Object.wait() [0x000070000124c000]   java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)  at java.lang.Object.wait(Native Method)  - waiting on <0x0000000795a03e40> (a java.lang.Object)  at java.lang.Object.wait(Object.java:502)  at study.thread.ThreadStateTest$4.run(ThreadStateTest.java:71)  - locked <0x0000000795a03e40> (a java.lang.Object)  at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

2.Thread的join方法

Thread threadA = new Thread(new Runnable() {    @Override    public void run() {        try {            Thread.sleep(20000);        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }        System.out.println("Thread-A over");    }}, "WAITING-Thread-A");threadA.start();try {    threadA.join();} catch (InterruptedException e) {    e.printStackTrace();}

主線程main處於WAITING狀態：

"WAITING-Thread-A" #10 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007fd2d5100000 nid=0x4e03 waiting on condition [0x000070000124c000]   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)  at java.lang.Thread.sleep(Native Method)  at study.thread.ThreadStateTest$6.run(ThreadStateTest.java:103)  at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)"main" #1 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007fd2d3815000 nid=0x1003 in Object.wait() [0x0000700000182000]   java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)  at java.lang.Object.wait(Native Method)  - waiting on <0x0000000795a03ec0> (a java.lang.Thread)  at java.lang.Thread.join(Thread.java:1245)  - locked <0x0000000795a03ec0> (a java.lang.Thread)  at java.lang.Thread.join(Thread.java:1319)  at study.thread.ThreadStateTest.WAITING_join(ThreadStateTest.java:118)  at study.thread.ThreadStateTest.main(ThreadStateTest.java:13)  at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)  at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)  at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)  at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:483)  at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:140)

3.沒有時間參數的Condition的await方法

Condition的await方法跟Obejct的wait方法原理是一樣的，故也是WAITING狀態

TIMED_WAITING狀態

TIMED_WAITING狀態跟TIMEING狀態類似，是一個有等待時間的等待狀態，不會一直等待下去。

最簡單的TIMED_WAITING狀態例子就是Thread的sleep方法：

Thread threadA = new Thread(new Runnable() {    @Override    public void run() {        try {            Thread.sleep(20000);        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }        System.out.println("Thread-A over");    }}, "WAITING-Thread-A");threadA.start();try {    Thread.sleep(5000);} catch (InterruptedException e) {    e.printStackTrace();}System.out.println(threadA.getState()); // TIMED_WAITING

或者是Object的wait方法帶有時間參數、Thread的join方法帶有時間參數也會讓線程的狀態處於TIMED_WAITING狀態。

TERMINATED

線程終止的狀態，線程執行完成，結束生命週期。

Thread threadA = new Thread();threadA.start();try {    Thread.sleep(5000l);} catch (InterruptedException e) {    e.printStackTrace();}System.out.println(threadA.getState()); // TERMINATED

總結

瞭解線程的狀態可以分析一些問題。

比如線程處於BLOCKED狀態，這個時候可以分析一下是不是lock加鎖的時候忘記釋放了，或者釋放的時機不對。導致另外的線程一直處於BLOCKED狀態。

比如線程處於WAITING狀態，這個時候可以分析一下notifyAll或者signalAll方法的調用時機是否不對。

java內建的jstack工具可以分析查看線程的狀態、優先順序、描述等具體資訊。

Java線程狀態分析