Java多线程之线程的生命周期
一、前言
当线程被创建并启动以后，它既不是一启动就进入了执行状态，也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中，它要经过新建(New)、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞(Blocked)和死亡(Dead)5种状态。尤其是当线程启动以后，它不可能一直"霸占"着CPU独自运行，所以CPU需要在多条线程之间切换，于是线程状态也会多次在运行、阻塞之间切换
新建状态，当程序使用new关键字创建了一个线程之后，该线程就处于新建状态，此时仅由JVM为其分配内存，并初始化其成员变量的值
就绪状态，当线程对象调用了start()方法之后，该线程处于就绪状态。Java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器，等待调度运行
运行状态，如果处于就绪状态的线程获得了CPU，开始执行run()方法的线程执行体，则该线程处于运行状态
阻塞状态，当处于运行状态的线程失去所占用资源之后，便进入阻塞状态
死亡状态，线程在run()方法执行结束后进入死亡状态。此外，如果线程执行了interrupt()或stop()方法，那么它也会以异常退出的方式进入死亡状态。
二、新建和就绪状态
当程序使用new关键字创建了一个线程之后，该线程就处于新建状态，此时它和其他的Java对象一样，仅仅由Java虚拟机为其分配内存，并初始化其成员变量的值。此时的线程对象没有表现出任何线程的动态特征，程序也不会执行线程的线程执行体。
当线程对象调用了start()方法之后，该线程处于就绪状态。Java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器，处于这个状态中的线程并没有开始运行，只是表示该线程可以运行了。至于该线程何时开始运行，取决于JVM里线程调度器的调度。
注意：启动线程使用start()方法，而不是run()方法。永远不要调用线程对象的run()方法。调用start0方法来启动线程，系统会把该run()方法当成线程执行体来处理；但如果直按调用线程对象的run()方法，则run()方法立即就会被执行，而且在run()方法返回之前其他线程无法并发执行。也就是说，系统把线程对象当成一个普通对象，而run()方法也是一个普通方法，而不是线程执行体。需要指出的是，调用了线程的run()方法之后，该线程已经不再处于新建状态，不要再次调用线程对象的start()方法。只能对处于新建状态的线程调用start()方法，否则将引发IllegaIThreadStateExccption异常。
调用线程对象的start()方法之后，该线程立即进入就绪状态——就绪状态相当于"等待执行"，但该线程并未真正进入运行状态。如果希望调用子线程的start()方法后子线程立即开始执行，程序可以使用Thread.sleep(1) 来让当前运行的线程（主线程）睡眠1毫秒，1毫秒就够了，因为在这1毫秒内CPU不会空闲，它会去执行另一个处于就绪状态的线程，这样就可以让子线程立即开始执行。
三、运行和阻塞状态
3.1 线程调度
如果处于就绪状态的线程获得了CPU，开始执行run()方法的线程执行体，则该线程处于运行状态，如果计算机只有一个CPU。那么在任何时刻只有一个线程处于运行状态，当然在一个多处理器的机器上，将会有多个线程并行执行；当线程数大于处理器数时，依然会存在多个线程在同一个CPU上轮换的现象。
当一个线程开始运行后，它不可能一直处于运行状态（除非它的线程执行体足够短，瞬间就执行结束了）。线程在运行过程中需要被中断，目的是使其他线程获得执行的机会，线程调度的细节取决于底层平台所采用的策略。对于采用抢占式策略的系统而言，系统会给每个可执行的线程一个小时间段来处理任务；当该时间段用完后，系统就会剥夺该线程所占用的资源，让其他线程获得执行的机会。在选择下一个线程时，系统会考虑线程的优先级。
所有现代的桌面和服务器操作系统都采用抢占式调度策略，但一些小型设备如手机则可能采用协作式调度策略，在这样的系统中，只有当一个线程调用了它的sleep()或yield()方法后才会放弃所占用的资源——也就是必须由该线程主动放弃所占用的资源。
3.2 线程阻塞
当发生如下情况时，线程将会进入阻塞状态
① 线程调用sleep()方法主动放弃所占用的处理器资源
② 线程调用了一个阻塞式IO方法，在该方法返回之前，该线程被阻塞
③ 线程试图获得一个同步监视器，但该同步监视器正被其他线程所持有。关于同步监视器的知识、后面将有深入的介绍
④ 线程在等待某个通知（notify）
⑤ 程序调用了线程的suspend()方法将该线程挂起。但这个方法容易导致死锁，所以应该尽量避免使用该方法
当前正在执行的线程被阻塞之后，其他线程就可以获得执行的机会。被阻塞的线程会在合适的时候重新进入就绪状态，注意是就绪状态而不是运行状态。也就是说，被阻塞线程的阻塞解除后，必须重新等待线程调度器再次调度它。
2.3 解除阻塞
针对上面几种情况，当发生如下特定的情况时可以解除上面的阻塞，让该线程重新进入就绪状态：
① 调用sleep()方法的线程经过了指定时间。
② 线程调用的阻塞式IO方法已经返回。
③ 线程成功地获得了试图取得的同步监视器。
④ 线程正在等待某个通知时，其他线程发出了个通知。
⑤ 处于挂起状态的线程被调甩了resdme()恢复方法。
图 3.1 线程状态转换图
从图3.1中可以看出，线程从阻塞状态只能进入就绪状态，无法直接进入运行状态。而就绪和运行状态之间的转换通常不受程序控制，而是由系统线程调度所决定。当处于就绪状态的线程获得处理器资源时，该线程进入运行状态；当处于运行状态的线程失去处理器资源时，该线程进入就绪状态。但有一个方法例外，调用yield()方法可以让运行状态的线程转入就绪状态。关于yield()方法后面有更详细的介纽。
四、线程死亡
4.1 死亡状态
线程会以如下3种方式结束，结束后就处于死亡状态：
① run()或call()方法执行完成，线程正常结束。
② 线程抛出一个未捕获的Exception或Error。
③ 直接调用该线程stop()方法来结束该线程——该方法容易导致死锁，通常不推荐使用。
4.2 程序设计
当主线程结束时，其他线程不受任何影响，并不会随之结束。一旦子线程启动起来后，它就拥有和主线程相同的地位，它不会受主线程的影响。为了测试某个线程是否已经死亡，可以调用线程对象的isAlivc()方法，当线程处于就绪、运行、阻塞了种状态时，该方法将返回true；当线程处于新建、死亡状态时，该方法将返回false。
切记，不要试图对一个已经死亡的线程调用start()方法使它重新启动，死亡就是死亡，该线程将不可再次作为线程执行。
下面程序尝试对处于死亡状态的线程再次调用start()。
- package test;
- public class StartDead extends Thread {
- private int i;
- // 重写run方法，run方法的方法体就是线程执行体
- public void run() {
- for (; i < 100; i++) {
- System.out.println(getName() + "" + i);
- }
- }
- public static void main(String[] args) {
- // 创建线程对象
- StartDead sd = new StartDead();
- for (int i = 0; i < 300; i++) {
- // 调用Thread的currentThread方法获取当前线程
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "" + i);
- if (i == 20) {
- // 启动线程
- sd.start();
- // 判断启动后线程的isAlive()值，输出true
- System.out.println(sd.isAlive());
- }
- // 只有当线程处于新建、死亡两种状态时isAlive()方法返回false。
- // 当i > 20，则该线程肯定已经启动过了，如果sd.isAlive()为假时，
- // 那只能是死亡状态了。
- if (i > 20 && !sd.isAlive())
- {
- // 试图再次启动该线程
- sd.start();
- }
- }
- }
- }
4.3 运行结果
|
main 0 main 1 main 2 main 3 main 4 main 5 main 6 main 7 main 8 main 9 main 10 |
main 11 main 12 main 13 main 14 main 15 main 16 main 17 main 18 main 19 main 20 true |
main 21 ………… Thread-0 0 Thread-0 1 Thread-0 2 Thread-0 3 Thread-0 4 Thread-0 5 Thread-0 6 Thread-0 7 Thread-0 8 |
……………… Thread-0 92 Thread-0 93 Thread-0 94 Thread-0 95 Thread-0 96 Thread-0 97 Thread-0 98 Thread-0 99 main 25 Exception |
|
main→主线程 Thread-0→线程1 Exception→异常 |
上面程序中的粗体字代码试图在线程已死亡的情况下再次调用start()方法来启动该线程。运行上面程序，将引发IllegaIThreadStateException异常，这表明处于死亡状态的线程无法再次运行了。