Java 并发 -- 线程状态（Java线程六种状态操作系统层次的五种状态）线程池（七大核心参数）wait vs sleep

Posted 2022-05-30 CodeJiao

文章目录

• 1. 线程状态
• • 1.1 Java线程六种状态及转换
  • 1.2 操作系统层次的五种状态
• 2. 线程池（七大核心参数）
• 3. wait vs sleep
• • 3.1 wait() 必须配合锁一起使用
  • 3.2 wait 方法执行后会释放锁 sleep则不会
  • 3.3 interrupt()方法可以提前唤醒sleep线程和wait线程

---

1. 线程状态

要求

• 掌握 Java 线程六种状态
• 掌握 Java 线程状态转换
• 能理解五种状态与六种状态两种说法的区别

---

1.1 Java线程六种状态及转换

分别是

• 新建
  • 当一个线程对象被创建，但还未调用 start 方法时处于新建状态
  • 此时未与操作系统底层线程关联
• 可运行
  • 调用了 start 方法，就会由新建进入可运行
  • 此时与底层线程关联，由操作系统调度执行
• 终结
  • 线程内代码已经执行完毕，由可运行进入终结
  • 此时会取消与底层线程关联
• 阻塞
  • 当获取锁失败后，由可运行进入 Monitor 的阻塞队列阻塞，此时不占用 cpu 时间
  • 当持锁线程释放锁时，会按照一定规则唤醒阻塞队列中的阻塞线程，唤醒后的线程进入可运行状态
• 等待
  • 当获取锁成功后，但由于条件不满足，调用了 wait() 方法，此时从可运行状态释放锁进入 Monitor 等待集合等待，同样不占用 cpu 时间
  • 当其它持锁线程调用 notify() 或 notifyAll() 方法，会按照一定规则唤醒等待集合中的等待线程，恢复为可运行状态
• 有时限等待
  • 当获取锁成功后，但由于条件不满足，调用了 wait(long) 方法，此时从可运行状态释放锁进入 Monitor 等待集合进行有时限等待，同样不占用 cpu 时间
  • 当其它持锁线程调用 notify() 或 notifyAll() 方法，会按照一定规则唤醒等待集合中的有时限等待线程，恢复为可运行状态，并重新去竞争锁
  • 如果等待超时，也会从有时限等待状态恢复为可运行状态，并重新去竞争锁
  • 还有一种情况是调用 sleep(long) 方法也会从可运行状态进入有时限等待状态，但与 Monitor 无关，不需要主动唤醒，超时时间到自然恢复为可运行状态

其它情况（只需了解）

• 可以用 interrupt() 方法打断等待、有时限等待的线程，让它们恢复为可运行状态
• park，unpark 等方法也可以让线程等待和唤醒

---

1.2 操作系统层次的五种状态

这是从 操作系统 层面来描述的

• 【初始状态】仅是在语言层面创建了线程对象，还未与操作系统线程关联

• 【可运行状态】（就绪状态）指该线程已经被创建（与操作系统线程关联），可以由 CPU 调度执行

• 【运行状态】指获取了 CPU 时间片运行中的状态

  • 当 CPU 时间片用完，会从【运行状态】转换至【可运行状态】，会导致线程的上下文切换

• 【阻塞状态】

  • 如果调用了阻塞 API，如 BIO 读写文件，这时该线程实际不会用到 CPU，会导致线程上下文切换，进入【阻塞状态】
  • 等 BIO 操作完毕，会由操作系统唤醒阻塞的线程，转换至【可运行状态】
  • 与【可运行状态】的区别是，对【阻塞状态】的线程来说只要它们一直不唤醒，调度器就一直不会考虑调度它们

• 【终止状态】表示线程已经执行完毕，生命周期已经结束，不会再转换为其它状态

---

2. 线程池（七大核心参数）

要求

• 掌握线程池的 7 大核心参数

七大参数

1. corePoolSize 核心线程数目 - 池中会保留的最多线程数
2. maximumPoolSize 最大线程数目 - 核心线程+救急线程的最大数目
3. keepAliveTime 生存时间 - 救急线程的生存时间，生存时间内没有新任务，此线程资源会释放
4. unit 时间单位 - 救急线程的生存时间单位，如秒、毫秒等
5. workQueue - 当没有空闲核心线程时，新来任务会加入到此队列排队，队列满会创建救急线程执行任务
6. threadFactory 线程工厂 - 可以定制线程对象的创建，例如设置线程名字、是否是守护线程等
7. handler 拒绝策略 - 当所有线程都在繁忙，workQueue 也放满时，会触发拒绝策略

   1. workQueue满了，救急线程数目也达到最大了，后面来任务直接抛异常 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy
      

   2. workQueue满了，救急线程数目也达到最大了，新加的任务由调用者执行（谁去submit任务谁就去执行任务） java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy
      

   3. workQueue满了，救急线程数目也达到最大了，后面来的任务之间丢弃。java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy
      

   4. workQueue满了，救急线程数目也达到最大了，直接丢弃最早排队任务 （丢弃排队时间最长的任务，把新的任务添加到workQueue）java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy
      

示例代码：

import org.slf4j.Logger;

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.stream.IntStream;

import static day02.LoggerUtils.*;

public class TestThreadPoolExecutor 

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException 
        AtomicInteger c = new AtomicInteger(1);
        ArrayBlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<>(2);
        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(
                2,
                3,
                0,
                TimeUnit.MILLISECONDS,
                queue,
                r -> new Thread(r, "myThread" + c.getAndIncrement()),
                new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());
        showState(queue, threadPool);
        threadPool.submit(new MyTask("1", 3600000));
        showState(queue, threadPool);
        threadPool.submit(new MyTask("2", 3600000));
        showState(queue, threadPool);
        threadPool.submit(new MyTask("3"));
        showState(queue, threadPool);
        threadPool.submit(new MyTask("4"));
        showState(queue, threadPool);
        threadPool.submit(new MyTask("5", 3600000));
        showState(queue, threadPool);
        threadPool.submit(new MyTask("6"));
        showState(queue, threadPool);
    

    private static void showState(ArrayBlockingQueue<Runnable> queue, ThreadPoolExecutor threadPool) 
        try 
            Thread.sleep(300);
         catch (InterruptedException e) 
            e.printStackTrace();
        
        List<Object> tasks = new ArrayList<>();
        for (Runnable runnable : queue) 
            try 
                Field callable = FutureTask.class.getDeclaredField("callable");
                callable.setAccessible(true);
                Object adapter = callable.get(runnable);
                Class<?> clazz = Class.forName("java.util.concurrent.Executors$RunnableAdapter");
                Field task = clazz.getDeclaredField("task");
                task.setAccessible(true);
                Object o = task.get(adapter);
                tasks.add(o);
             catch (Exception e) 
                e.printStackTrace();
            
        
        main.debug("pool size: , queue: ", threadPool.getPoolSize(), tasks);
    

    static class MyTask implements Runnable 
        private final String name;
        private final long duration;

        public MyTask(String name) 
            this(name, 0);
        

        public MyTask(String name, long duration) 
            this.name = name;
            this.duration = duration;
        

        @Override
        public void run() 
            try 
                LoggerUtils.get("myThread").debug("running..." + this);
                Thread.sleep(duration);
             catch (InterruptedException e) 
                e.printStackTrace();
            
        

        @Override
        public String toString() 
            return "MyTask(" + name + ")";
        
    

运行结果：

---

3. wait vs sleep

要求

• 能够说出二者区别

一个共同点，三个不同点

共同点

• wait() ，wait(long) 和 sleep(long) 的效果都是让当前线程暂时放弃 CPU 的使用权，进入阻塞状态。

不同点

• 方法归属不同

  • sleep(long) 是 Thread 的静态方法
  • 而 wait()，wait(long) 都是 Object 的成员方法，每个对象都有

• 醒来时机不同

  • 执行 sleep(long) 和 wait(long) 的线程都会在等待相应毫秒后醒来
  • wait(long) 和 wait() 还可以被 notify 唤醒，wait() 如果不唤醒就一直等下去
  • 它们都可以被打断唤醒（调用线程的 interrupt() 方法）

• 锁特性不同（重点）

  • wait 方法的调用必须先获取 wait 对象的锁，而 sleep 则无此限制
  • wait 方法执行后会释放对象锁，允许其它线程获得该对象锁（我放弃 cpu，但你们还可以用）
  • 而 sleep 如果在 synchronized 代码块中执行，并不会释放对象锁（我放弃 cpu，你们也用不了）

下面是一些示例代码。

---

3.1 wait() 必须配合锁一起使用

    static final Object LOCK = new Object();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException 
        LOCK.wait();
    

运行结果：

    static final Object LOCK = new Object();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException 
        synchronized (LOCK)
            LOCK.wait();
        
    

---

3.2 wait 方法执行后会释放锁 sleep则不会

示例代码：

运行结果：

示例代码：

运行结果：

---

3.3 interrupt()方法可以提前唤醒sleep线程和wait线程

运行结果：

---

---