Java线程状态及切换、关闭线程的正确姿势分享

Z时代
2024-01-10
分类：综合

前言

在讲线程之前有必要讨论一下进程的定义：进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。进程实体由程序段，数据段 PCB（进程控制块）组成。线程又是什么？线程可以看做轻量级进程，线程是进程的执行单元，是进程调度的基本单位

本文将详细介绍关于Java线程状态及切换、关闭线程的相关内容，下面话不多说了，来一起看看详细的介绍吧

1、线程状态及切换

Java中的线程有六种状态，使用线程Thread内的枚举类来实现，如下，我对每个状态都进行了一定的解释。

public enum State {

/** 表示一个线程还没启用（即未调用start方法）*/

NEW,

/**

* JVM中执行的线程都是处于这个状态的，但是处于这个状态不一定在JVM中执行，

* 也就是说，只有这个状态有资格被JVM调度从而获得时间片执行。

RUNNABLE,

/**

* 线程在等待获取锁资源从而进入阻塞状态，

* 在这个状态中，其一直监视锁的动态，随时准备抢占锁

* 若获得锁资源，重新进入RUNNABLE状态

BLOCKED,

/**

* 当调用Object.wait、Thread.join或者LockSupport类的park方法的时候，线程进入此状态，

* 该状态若无其他线程主动唤醒，则无期限的等待。

* 唤醒的方法包括：Object.notify（唤醒随机一个）、Object.notifyAll（唤醒全部线程），

* 被唤醒的线程重新进入RUNNABLE状态

WAITING,

/**

* 同WAITING状态，不过不同的是调用的方法加上了时间的限制，

* 例如：Object.wait(10)、Thread.sleep(10)、Thread.join(10)、LockSupport.parkNanos(10)、LockSupport.parkUntil(10)这些方法

* 唤醒的方法有两种：

* 1、时间过期。

* 2、其他线程调用了notify或者notifyAll

* 唤醒之后同样进入RUNNABLE状态

TIMED_WAITING,

/** 线程的终点（正常死亡或者被终止）*/

TERMINATED;

}

除了NEW和TERMINATED之外，其他的状态都是可以相互转换的，其转换过程如下图所示

这里特别讲一下RUNNABLE状态，在这个状态中线程并不一定在执行程序，只有被JVM调度的线程才能获得执行的时间片，并且只有这个状态的线程才能够获得时间片，换句话说，被JVM调度并且获得时间片是只属于处于RUNNABLE状态线程的权利。为了便于理解，可以将RUNNABLE分成Runnable和Running两个状态（当然，你也可以换成其他的，这里我只是自己好理解），那么上面的线程转换图就转变成了下面这样（参考《Java并发编程的艺术》中的线程状态图）：

关于线程状态转换的例子，可以通过下面的代码加深理解


public class Test {
 public static void main(String[] args) {
  Test test = new Test();
  // 1.NEW状态
  Thread thread = new Thread(() -> {
   // 3.进行test对象锁的争夺，若抢到锁则继续执行，否则进入BLOCKED状态监控该锁，重新获得后进入RUNNABLE 
   synchronized (test) {
    try {
     // 4.进入TIMED_WAITING状态，100ms后重新进入RUNNABLE状态争夺时间片 
     Thread.sleep(100);
     // 5.重新获得时间片之后，进入WAITING状态 
     test.wait();
    } catch (InterruptedException e) {
     e.printStackTrace();
    }
   }
   // 6.正常run()方法执行完毕后线程结束，进入TERMINATED 
  });
  // 2.调用start()方法，线程进入RUNNABLE状态
  thread.start();
 }
}
注：代码执行的顺序为注释的序号

2、正确的结束一个线程

在上面的例子中我们看到线程的run方法正常执行完毕之后线程就正常死亡进入TERMINATED状态了，那么如果我们有中途停止线程的需求，我们应该如何正确的结束一个线程呢？

使用interrupt()方法：在线程内部，其定义了一个变量来标识当前线程是否处于被打断状态，调用interrupt()方法则使这个状态变为true。我们采用这个方法加异常处理的方式来结束一个线程。


　　public static void main(String[] args) {
  Thread thread = new Thread(() -> {
   try {
    Thread.sleep(1);
   } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
    // 这里的return是必须的，原因后面说明
    return;
   }
   System.err.println("thread interrupt test...");
  });
  thread.start();
  thread.interrupt();
  System.out.println("main thread end...");
 }
// 结果图：异常后面的语句不会打印

　　这里关于线程中的打断标识变量（之后以interrupt称）需要说明的是，在特定的情况下其状态会被重置。

　　 1、线程内部在catch了异常了之后interrupt的状态会被重置为false。

2、线程调用了Thread.interrupted()方法之后，interrupt的状态会被重置为false。如果需要判断线程是否中断的话可以使用对象方法isInterrupted()，此方法不会重置。

所以在刚才的代码中需要加入return来结束线程，否则的话线程还是会继续往下执行，如下图

使用isInterrupted()实现：


public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 Thread thread = new Thread(() -> {
  while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
   int k = 0;
   while (k++ < 10) {
    System.out.println("do something..." + k);
   }
  }
 System.err.println("thread end...");
 });
 thread.start();
 Thread.sleep(1);
 // 主线程流程执行完了，需要停止线程
 thread.interrupt();
}

使用标识位来实现：定义一个变量标识线程是否终止，若终止了则退出run方法。跟上面isInterrupted()的实现一样，不过换成了volatile变量而已。


public class Test {
 public static volatile boolean interrupted = false;
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  Thread thread = new Thread(() -> {
   while (!interrupted) {
    int k = 0;
    while (k++ < 10) {
     if (interrupted) {
      System.err.println("thread invoke end....");
      return;
     }
     System.out.println("do something..." + k);
    }
   }
  System.err.println("thread end...");
  });
  thread.start();
  Thread.sleep(1);
  // 主线程流程执行完了，需要停止线程
  interrupted = true;
 }
}
// 结果图

　stop()方法——不正确的线程中断方法

　　在线程提供的方法中还有一个方法可以强制关闭线程——stop()。这个方法可以说是相当的霸道，给人一种“我不管，我就是要你现在立刻死亡（指线程）”的感觉，并且其还会释放线程所有的锁资源，这样可能会导致出现数据不一致从而出现线程不安全的情况，如下面例子。


public class Test {
  public static volatile boolean flag = false;
  public int state = 0;
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
   Test test = new Test();
   Thread thread = new Thread(() -> {
    synchronized (test) {
     try {
      test.state = 1;
      Thread.sleep(100);
      if (flag) {
       test.state = 2;
      }
      System.err.println("thread execute finished...");
     } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
     }
    }
   });
   thread.start();
   Thread.sleep(1);
   thread.stop();
   flag = true;
   System.out.println("state状态：" + test.state);
  }
}
// 在这段代码中，进入线程时默认将state赋为1，接着过一段时间后如果触发了特定条件则把state赋为2，但是在特定条件触发之前，线程就被终止掉了，这个特定条件虽然符合但却没办法执行，从而导致数据的不一致。
// 结果图