Java线程的6种状态及转化方式

前言

线程是 JVM 执行任务的最小单元，理解线程的状态转换是理解后续多线程问题的基础。

当我们说一个线程的状态时，其实说的就是一个变量的值，在 Thread 类中的一个变量，叫 private volatile int threadStatus = 0;

这个值是个整数，不方便理解，可以通过映射关系（VM.toThreadState），转换成一个枚举类。

public enum State {
	NEW,
	RUNNABLE,
	BLOCKED,
	WAITING,
	TIMED_WAITING,
	TERMINATED;
}

java.lang.Thread.State 枚举类中定义了 6 种线程的状态，可以调用线程 Thread 中的 getState() 方法获取当前线程的状态。

Java线程状态转换图

NEW (新建状态)

当创建一个线程后，还没有调用 start() 方法时，此时这个线程的状态，是 NEW（初始态)

Thread t = new Thread();

RUNNABLE（运行状态）

当 Thread 调用 start 方法后，线程进入 RUNNABLE 可运行状态

在 RUNNABLE 状态当中又包括了 RUNNING 和 READY 两种状态。

RUNNING（运行中） 和 READY（就绪）

就绪状态（READY)

当线程对象调用了 start() 方法之后，线程处于就绪状态，会存储在一个就绪队列中，就绪意味着该线程可以执行，但具体啥时候执行将取决于 JVM 里线程调度器的调度。

It is never legal to start a thread more than once. In particular, a thread may not be restarted once it has completed execution.

这里的意思是：

• 不允许对一个线程多次使用 start
• 线程执行完成之后，不能试图用 start 将其唤醒

那么在什么情况下会变成就绪状态呢，如下情况：

• 线程调用 start()，新建状态转化为就绪状态
• 线程 sleep(long) 时间到，等待状态转化为就绪状态
• 阻塞式 IO 操作结果返回，线程变为就绪状态
• 其他线程调用 join() 方法，结束之后转化为就绪状态
• 线程对象拿到对象锁之后，也会进入就绪状态

运行状态(RUNNING)

处于就绪状态的线程获得了 CPU 之后，真正开始执行 run() 方法的线程执行体时，意味着该线程就已经处于运行状态。需要注意的是，对于单处理器，一个时刻只能有一个线程处于运行状态，对于抢占式策略的系统来说，系统会给每个线程一小段时间处理各自的任务。时间用完之后，系统负责夺回线程占用的资源。下一段时间里，系统会根据一定规则，再次进行调度。

那么在什么时候运行状态变为就绪状态的呢？

• 线程失去处理器资源。线程不一定完整执行的，执行到一半，说不定就被别的线程抢走了
• 调用 yield() 静态方法，暂时暂停当前线程，让系统的线程调度器重新调度一次，它自己完全有可能再次运行

TERMINATED（终止状态）

当一个线程执行完毕，线程的状态就变为 TERMINATED。

TERMINATED 终止状态，以下两种情况会进入这个状态：

• 当线程的 run() 方法完成时，或者主线程的 main() 方法完成时，我们就认为它终止了。这个线程对象也许是活的，但是它已经不是一个单独执行的线程。线程一旦终止了，就不能复生
• 在一个终止的线程上调用 start() 方法，会抛出 java.lang.IllegalThreadStateException 异常

为什么会报错呢，因为 start 方法的已经定义好了：

public synchronized void start() {
    if (threadStatus != 0)
        throw new IllegalThreadStateException();
    ...
}

NEW、RUNNABLE、TERMINATED 案例

下面用代码实现看看：

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		Thread thread = new Thread();
		System.out.println("创建线程后，线程的状态为："+ thread .getState());
		myThread.start();
		System.out.println("调用start()方法后线程的状态为："+thread .getState());
		//休眠30毫秒，等待 Thread 线程执行完
		Thread.sleep(30);
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程运行");
		System.out.println("执行完线程的状态为："+ thread .getState());
	}

创建线程后，线程的状态为：NEW

调用start()方法后线程的状态为：RUNNABLE

main线程运行

执行完线程的状态为：TERMINATED

从以上代码实现可知：

• 刚创建完线程后，状态为 NEW
• 调用了 start() 方法后线程的状态变为 RUNNABLE
• 然后，我们看到了 run() 方法的执行，这个执行，是在主线程 main 中调用 start() 方法后线程的状态为 RUNNABLE 输出后执行的
• 随后，我们让 main 线程休眠了30毫秒，等待 Thread 线程退出
• 最后再打印 Thread 线程的状态，为 TERMINATED

BLOCKED （阻塞状态）

在 RUNNABLE状态 的线程进入 synchronized 同步块或者同步方法时，如果获取锁失败，则会进入到 BLOCKED 状态。当获取到锁后，会从 BLOCKED 状态恢复到 RUNNABLE 状态。

因此，我们可以得出如下转换关系：

下面用代码实现看看：

	public static synchronized void method01() {
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始执行主线程的方法");
		try {
			Thread.sleep(10);
		}
		catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"主线程的方法执行完毕");
	}
	
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		Thread threadA = new Thread(() -> method01(), "A-Thread");
		Thread threadB = new Thread(() -> method01(), "B-Thread");

		threadA.start();
		threadB.start();

		System.out.println("线程 A 的状态为："+ threadA.getState());
		System.out.println("线程 B 的状态为："+ threadB.getState());

	}

A-Thread开始执行主线程的方法
线程A的状态为：RUNNABLE
线程B的状态为：BLOCKED
A-Thread主线程的方法执行完毕
B-Thread开始执行主线程的方法
B-Thread主线程的方法执行完毕

从上面代码执行可知，A 线程优先获得到了锁，状态为 RUNNABLE，这时 B 线程处于 BLOCKED 状态，当 A 线程执行完毕后，B 线程接着执行对应方法。

WAITING（等待状态）

这部分是比较复杂的，同时也是面试中问得最多的，处于这种状态的线程不会被分配 CPU 执行时间，它们要等待被显式地唤醒，否则会处于无限期等待的状态。

线程进入 Waiting 状态和回到 Runnable 有三种可能性：

wait/notify

没有设置 Timeout 参数的 Object.wait() 方法，如果其他线程调用 notify() 或 notifyAll() 方法来唤醒它，它会直接进入 Blocked 状态，因为唤醒 WAITING 线程的线程如果调用 notify() 或 notifyAll()，要求必须首先持有该 monitor 锁，所以处于 WAITING 状态的线程被唤醒时拿不到该锁，就会进入 Blocked 状态，直到执行了 notify()/notifyAll() 方法唤醒它的线程执行完毕并释放 monitor 锁，才可能轮到它去抢夺这把锁，如果它能抢到，就会从 Blocked 状态回到 Runnable 状态。

这里的 notify 是只唤醒一个线程，而 notifyAll 是唤醒所有等待队列中的线程。

join

public class Test {
	
	class ThreadA extends Thread{
        @Override
        public void run() {
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("线程1执行完成");
            }
    }

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		Test threadClass = new Test();
		ThreadA threadA = threadClass.new ThreadA();
		threadA.start();

		threadA.join();

        //threadA 线程结束之后，最后这句才会执行，打印主线程名称
        System.out.println("线程1执行完成，主线程"+Thread.currentThread().getName()+"继续执行");

	}

}

从上面的代码中，当执行到 threadA.join() 的时候，（main)主线程会变成 WAITING 状态，直到线程 threadA 执行完毕，主线程才会变回 RUNNABLE 状态，继续往下执行。

因此状态图如下：

而 join 阻塞主线程就是通过 wait 和 notifyAll 实现的，我们下面打开 join 的源码看个究竟：

    public final synchronized void join(long millis)
    throws InterruptedException {
        long base = System.currentTimeMillis();
        long now = 0;

        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
        }

        if (millis == 0) {
        //这里的this.isAlive,判断条件是子线程是否活着，如果活着，当前执行线程主线程就 wait 阻塞。
            while (isAlive()) {
                wait(0);
            }
        } else {
              //这里的this.isAlive,判断条件是子线程是否活着，如果活着，当前执行线程主线程就 wait 阻塞。
            while (isAlive()) {
                long delay = millis - now;
                if (delay <= 0) {
                    break;
                }
                wait(delay);
                now = System.currentTimeMillis() - base;
            }
        }
    }

从源码中，可以看到 join 是同步方法，锁对象是当前对象即 threadA。所以这里是当前线程（main 线程，因为是 main 中调用的 join 方法）持有了 threadA 对象。isAlive() 是本地方法，非同步。然后判断的是 threadA 线程是否存活。当 threadA 线程活着时，调用wait(0) 方法，这是 Object 类的方法,Object 是超类，所以这里是使持有 threadA 对象的线程阻塞，即 main 线程阻塞。

从 RUNNABLE 到 WAITING，就和执行了 wait() 方法完全一样的，那么从 WAITING 回到 RUNNABLE 是怎么实现的呢？

就是被阻塞的主线程是如何被唤醒的呢？当然是线程 threadA 结束后，由 jvm 自动调用 t.notifyAll() 唤醒主线程。

那么怎么证明？

当子线程执行完 run 方法之后，底层在 jvm 源码里，会执行线程的 exit 方法，里面会调用 notifyAll 方法。

hotspot/src/share/vm/runtime/thread.cpp
void JavaThread::exit(...) {
  ...
  ensure_join(this);
  ...
}

static void ensure_join(JavaThread* thread) {
  ...
  lock.notify_all(thread);
  ...
}

虚拟机在一个线程的方法执行完毕后，执行了个 ensure_join 方法，这个就是专门为 join 而设计的。一步步跳进方法中发现一段关键代码，lock.notify_all，这便是一个线程结束后，会自动调用自己的 notifyAll 方法的证明。

在这里我们可以总结一点： join 就是 wait，线程结束就是 notifyAll。

LockSupport.park()/LockSupport.unpark(Thread)

理解了上面 wait 和 notify 的机制，下面就好理解了。

如果一个线程调用 LockSupport.park() 方法，则该线程状态会从 RUNNABLE 变成 WAITING。

另一个线程调用 LockSupport.unpark(Thread) ，则刚刚的线程会从 WAITING 回到 RUNNABLE。

变化的状态图如下：

TIMED_WAITING（超时等待状态）

这部分就再简单不过了，超时等待与等待状态一样，唯一的区别就是将上面导致线程变成 WAITING 状态的那些方法，都增加一个超时参数。

处于超时等待状态中的线程不会被分配 CPU 执行时间，必须等待其他相关线程执行完特定的操作或者限时时间结束后，才有机会再次争夺 CPU 使用权，将超时等待状态的线程转换为运行状态。例如，调用了 wait(long timeout) 方法而处于等待状态中的线程，需要通过其他线程调用 notify() 或者 notifyAll() 方法唤醒当前等待中的线程，或者等待限时时间结束后也可以进行状态转换。

变化的状态图如下：

以上就是整个线程状态转换图，到此线程状态转换全部讲解完。

总结

线程状态转换是写好多线程代码的基础，写这篇文章目的是能够更加清晰的理解线程状态转换，希望对小伙伴有所帮助。

最后来一张简化的线程转换图：

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。