Jstack线程状态BLOCKED/TIMED_WAITING/WAITING解释

Posted 2021-01-07 史红星

一、线程5种状态

1. 新建状态（New） 新创建了一个线程对象。

2. 就绪状态（Runnable） 线程对象创建后，其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，变得可运行，等待获取CPU的使用权。

3. 运行状态（Running） 就绪状态的线程获取了CPU，执行程序代码。

4. 阻塞状态（Blocked） 阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种：

   • 等待阻塞：运行的线程执行wait()方法，JVM会把该线程放入等待池中。
   • 同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池中。
   • 其他阻塞：运行的线程执行sleep()或join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。

5. 死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

二、Jstack中常见的线程状态

应用程序启动后，我们对系统运行状况的观测大部分情况下是通过运行日志。但是若某一天发现，日志中记录的行为与预想的不一致，此时需要进一步的系统监控该怎么办，Jstack是常用的排查工具，它能输出在某一个时间，java进程中所有线程的状态，很多时候这些状态信息能给我们的排查工作带来有用的线索。 
Jstack的输出中，Java线程状态主要是以下几种：

• RUNNABLE 线程运行中或I/O等待
• BLOCKED 线程在等待monitor锁(synchronized关键字)
• TIMED_WAITING 线程在等待唤醒，但设置了时限
• WAITING 线程在无限等待唤醒

这里Jstack使用的关键字描述的线程状态与上一节中线程不太一样，所以可能理解上的可能会出现混淆。虽然Java中的线程一样有上节中描述的5种状态，但在实际情况下线程新建状态和死亡状态持续很短，我们也并不太关心。大多时候我们关注的是运行状态/阻塞状态，这里弄清楚Jstack的输出含义即可。下面用简单的代码产生出以上4中状态。

 public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Utils.pid());
        runnable();     // 1
 //     blocked();      // 2
 //     waiting();      // 3
 //     timedWaiting(); // 4
    }

    public static String pid() {
        String name = ManagementFactory.getRuntimeMXBean().getName();
        return name.split("@")[0];
    }

这里为了方便得到java进程id，直接使用pid()函数输出。为了方便，我们把观察线程固定为”main”，因为JVM还有其他线程都会存在输出中，我们可以通过关键字”main”找到我们要观察的线程。命令jstack -l [pid]。

1） 让线程一直处于RUNNABLE

 public static void runnable() {
        long i = 0;
        while (true) {
            i++;
        }
    }

没什么好解释的，死循环即可。

2） 让线程一直处于BLOCKED

 public static void blocked() {
        final Object lock = new Object();
        new Thread() {
            public void run() {
                synchronized (lock) {
                    System.out.println("i got lock, but don\'t release");
                    try {
                        Thread.sleep(1000L * 1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                }
            }
        }.start();

        try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}

        synchronized (lock) {
            try {
                Thread.sleep(30 * 1000);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        }
    }

主线程sleep，先让另外一个线程拿到lock，并长期持有lock（sleep会持有锁，wait不会）。此时主线程会BLOCK住等待lock被释放，此时jstack的输出可以看到main线程状态是BLOCKED。这里要注意的是只有synchronized这种方式的锁（monitor锁）才会让线程出现BLOCKED状态，等待ReentrantLock则不会。

3） 让线程处于TIMED_WAITING状态

  public static void timedWaiting() {
        final Object lock = new Object();
        synchronized (lock) {
            try {
                lock.wait(30 * 1000);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        }
    }

用Lock.tryLock(timeout, timeUnit)，这种方式也会看到TIMED_WAITING状态，这个状态说明线程当前的等待一定是可超时的。

4） 让线程处于WAITING状态

public static void waiting() {
        final Object lock = new Object();
        synchronized (lock) {
            try {
                lock.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        }
    }

无超时的等待，必须等待lock.notify()或lock.notifyAll()或接收到interrupt信号才能退出等待状态。同理，ReentrantLock.lock()的无参方法调用，也会使线程状态变成WAITING。

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通过以上几个最简单的例子，让线程达到jstack输出中常见的几种状态，可以更好地理解jstack输出。