[Java]线程生命周期与线程通信

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出自【进步*于辰的博客】

线程生命周期与进程有诸多相似，所以我们很容易将两者关联理解并混淆，一些细节之处确有许多不同，因为线程调度与进程调度虽都由CPU完成，但两者并不相同。
特意耗费一些时间，系统地对线程生命周期与线程通信进行梳理、整理。

文章目录

1、线程生命周期
- 1.1 JDK1.8版本
- 1.2 早期版本（JDK1.2之前）
- 1.3 落到实处
2、线程通信
- 2.1 使用 volatile 关键字
- 2.2 使用Object类的`wait()`和`notify()`
- 2.3 使用JUC工具类 CountDownLatch
- 2.4 使用 ReentrantLock 结合 Condition
- 2.5 使用 LockSupport
最后

1、线程生命周期

1.1 JDK1.8版本

启发博文：《线程的生命周期及五种基本状态》（转发）。

引用其中一张线程生命周期图：

作者：代码の羁绊

在启发博文中，博主对线程五大状态和生命周期进行了很详细的说明，大家可以先行查阅。

这张图对线程生命周期总结得比较全面，我一一梳理、核对后觉得稍有不妥之处，略作修改后作如下图：

在这里插入图片描述

在此我先简述一下我对线程五个状态的理解：

new（新建）：在线程创建后、启动（start()）之前所处的状态。
Runnable（就绪）：线程新建后并不是直接开始运行，而是被加入到 $\color{green}{等待队列}$ ，等待线程调度（等待CPU），此时就处于就绪状态。因此，这两种情况将进入就绪状态：(1)调用start()；(2)因某种原因（如：线程通信、等待IO）进入阻塞状态后重新等待运行。
Running（运行）：线程正在运行时的状态。
Blocked（阻塞）：线程因某种原因（如：线程通信、等待IO）而停止运行后进入的状态。
Dead（死亡）：线程正常结束或异常终止后所处的状态。

相信大家在阅读完以上简述后，对线程的五大状态已经有了一个初步的认识，那状态间是如何转换的？又怎么理解呢？对于这两个问题，由于涉及到各个方法的业务和底层逻辑，本篇文章不便一一详述。如果大家想要进一步了解，可移步 → 《Thread类源码解析》。

其中，Blocked状态可能不太好理解，那位博主将其划分为三种情况：等待阻塞、同步阻塞和其他阻塞。我赞同，大家可移步启发博文查阅详述，在此不赘述，仅稍作说明：

三种阻塞情况的变动主要因“ $\color{red}{线程通信}$ ”引起，变化仅是阻塞情况的变化，状态不变，仍是Blocked。

$\color{red}{点出两个问题：}$
1：为什么调用notify()/notifyAll()，线程由等待Blocked变为锁定Blocked？
文章排版考虑，在下文【使用Object类的wait()和notify()】中说明。

2：interrupt()可中断线程，那么可中断正在阻塞的线程吗？
本质上说，可以，但会抛出异常（即不可以，故我未将其写入上图），在上文我给出的《Thread类源码解析》文章中有具体说明。

1.2 早期版本（JDK1.2之前）

相信能坚持阅读到这的博友，大部分是站在Java门槛上或刚入门不久的Java小白，你们现在了解和学习线程生命周期，获得的是已更新、迭代后的知识。个人认为，大家不需要掌握已过时的知识，但不能不了解，我先抛出两个问题：

“挂起”状态是什么？怎么不在线程五大状态之列？
相信大家在一些资料中，可能见到过suspend()、resume()、stop()或destroy()这4个方法，怎么上图中没有？为什么不用了？

当然是有的，只是过时了，所以没放上去，完整的图是这样：

在这里插入图片描述

OK，现在回答那两个问题。

“挂起”状态是一种类似Runnable（就绪）状态的状态，不同之处是进入就绪状态的线程，会释放所持有的“ $\color{green}{同步锁}$ ”，而“挂起”状态不会，“挂起”状态相当于“暂停”，故容易导致“死锁”。

为什么那4个方法会被放弃？
我寻得一答案，阐述得很详细，我便不班门弄斧了，看这里 → 《《Java面向对象编程》导读-Thread类的被废弃的suspend()、resume()和stop()方法》（转发）。

我补充一张图：
在这里插入图片描述

1.3 落到实处

所谓“落到实处”，就是要想掌握线程生命周期，光如上文夸夸其谈当然还不够，我们要把线程五大状态和状态间转换对应到Thread源码中才行。

如下图：

在这里插入图片描述

我自己感觉有点乱，源码所示如此。

当然，这不是完整图，图中状态间转换仅做了部分举例。在此，我不作说明，相信用心看到这里的博友可以大致理解。当然，也不便做出说明，因为我目前对一些方法的了解停留在“会用”的程度（见下文），并未对相应源码进行解析。

$\color{orange}{补充一点：}$
大家对比这张“状态图”和上文线程生命周期图，大家会发现有点对不上。

其实，WAITING就是Runnable（就绪），在线程生命周期中，一般不说“就绪”，“就绪”是进程生命周期中的术语，上文这般使用是为了方便大家理解；而RUNNABLE就是Running。

2、线程通信

启发博文：《线程间通信的几种实现方式》（转发）。

我暂未整理“线程通信”相关理论，故下文将以示例的形式进行阐述。

注：以下5个示例都成功实现线程通信，输出结果是：

唤醒t1
t1已唤醒

2.1 使用 volatile 关键字

示例：

private static volatile boolean isWait = true;

public static void main(String[] args) {
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        while (true)
            if (!isWait) {
                System.out.println("t1已唤醒");
                break;
            }
    });
    Thread t2 = new Thread(() -> {
        System.out.println("唤醒t1");
        isWait = false;
    });
    t1.start();
    t2.start();
}

如果大家不了解volatile关键字，看这里。

这里线程通信利用的是volatile关键字“保证可见性”的原理。

2.2 使用Object类的`wait()`和`notify()`

示例：

Object lock = new Object();
Thread t1 = new Thread(() -> {
    synchronized (lock) {
        try {
            lock.wait();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("t1已唤醒");
    }
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
    synchronized (lock) {
        System.out.println("唤醒t1");
//      lock.notify();// 唤醒等待队列中的一个线程，不一定是 t1
        lock.notifyAll();
    }
});
t1.start();
t2.start();

大家还记得我在【1.1】中点出的这个问题吗？

为什么调用notify()/notifyAll()，线程由等待Blocked变为锁定Blocked？

答案就在以上代码的执行过程中，我给大家捋一捋。

1、t1、t2都执行，t1在t2之前启动，先获得同步锁，t2阻塞。
2、t1调用wait()进入等待状态，释放同步锁，同步锁由t2获得，t2开始运行。
3、t2调用notify()唤醒t1，但此时同步锁仍由t2持有，t1继续等待。
4、t2运行完，释放同步锁，由t1获得，t1开始运行。

OK，就是第3点。

为什么一定要同步锁？
因为wait()与notify()的底层逻辑要求必须是“先等待，再唤醒”，同步锁可以保证流程的正常执行。难道真的不能去掉同步锁？例如这样：

Object lock = new Object();
Thread t1 = new Thread(() -> {
    try {
        lock.wait();
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("t1已唤醒");
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
    System.out.println("唤醒t1");
    lock.notifyAll();
});
t1.start();
t1.join();
t2.start();

很明显，不行。这样就出现了“死锁”。

t1 等待被唤醒，主线程等待 t1 运行完。

因此，必须使用同步锁，且必须是同一把锁（lock）、

2.3 使用JUC工具类 CountDownLatch

示例：

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);// 这个 1 是同步状态，类似synchronized中的 count
Thread t1 = new Thread(() -> {
    try {
        latch.await();
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("t1已唤醒");
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
    System.out.println("唤醒t1");
    latch.countDown();
});
t1.start();
t2.start();

可见，无需同步锁。为何？这就要涉及CountDownLatch类的源码了。当然，我们暂且不用深入了解，理解其底层逻辑即可。

看这里 → 《这一次，彻底搞懂Java中的synchronized关键字》（转发）。

大家找到【1.同步代码块】这一栏，底层逻辑相似。

2.4 使用 ReentrantLock 结合 Condition

示例：

Lock lock = new ReentrantLock();
Condition cond = lock.newCondition();

Thread t1 = new Thread(() -> {
    lock.lock();
    try {
        cond.await();
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("t1已唤醒");
    lock.unlock();
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
    lock.lock();
    System.out.println("唤醒t1");
    cond.signal();
    lock.unlock();
});
t1.start();
t2.start();

这两条代码合起来相当于同步锁：

lock.lock();
...
lock.unlock();

2.5 使用 LockSupport

示例：

Thread t1 = new Thread(() -> {
    LockSupport.park();
    System.out.println("t1已唤醒");
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
    System.out.println("唤醒t1");
    LockSupport.unpark(t1);
});
t1.start();
t2.start();