09Java线程（上）Java线程的生命周期

　　Java并发编程领域实现并发程序的主要手段就是多线程，线程是操作系统的一个概念。虽然各种语言都进行了封装，但是万变不离其操作系统。Java语言里面的线程本质上就是操作系统的线程，他们是一一对应的。
　　在操作系统层面，线程也有生老病死。专业的说法叫声明周期。对于有声明周期的事物，要学好它非常简单，只要搞懂声明周期中各个节点状态的转化就好了。
　　虽然不同语言进行了不同的封装，但是对于线程生命周期部分基本雷同。
　　我们先来看下通用的线程生命周期，再来看下Java中的线程生命周期。  通用的线程生命周期
　　通用线程模型可以用如下模型来标识：这五态分别是：初始状态、可运行状态、运行状态、休眠状态、终止状态。
　　详细介绍如下：  初始状态：线程已经被创建，但是还不允许分配CPU执行。这里的被创建是指编程语言层面，操作系统层面，真正的线程还未被创建。  可运行状态：线程可以分配CPU执行。这个状态下，真正的操作系统线程已经被创建，所以可以分配CPU执行。  当有空闲CPU时候，操作系统会分配一个给可运行状态的线程，被分配到CPU的线程转化为运行状态。  运行状态的线程如果调用了一个阻塞的api,或者等待某个事件，那么线程的就会变为等待状态，同时释放CPU使用权，当等待的条件满足了，线程就会转化为可运行状态。  线程运行完或者异常就会进去终止状态。终止桩体的线程不会切换到其他任何状态。进入终止桩体意味着线程生命周期结束了。
　　这五种状态不同的语言可能会有简化合并，Java语言把可运行状态和运行状态合并了。这两个状态在操作系统层面有调用。而JVM不关心这两个状态，因为JVM把线程调度交给操作系统执行了。  Java 中线程的声明周期
　　Java语言中线程有六种状态：  new初始状态  RUNNABLE 可运行状态/运行状态  BLOCKED 阻塞状态  WAITING 无时限等待  TIMED_WAITING 有时限等待  TERMINATED 终止状态
　　看上去很复杂，状态类型也比较多，其实在操作系统层面，Java 线程中的 BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING 是一种状态，即前面我们提到的休眠状态。也就是说，只要Java 线程处于这三种状态之一，那么这个线程就永远没有CPU 的使用权。
　　所以Java 线程的生命周期可以简化为：
　　其中，BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING 可以理解为线程导致休眠状态的三种原因。 那具体是哪些情形会导致线程从RUNNABLE 转化到这三种状态呢?而这三种状态又是何时转换回 RUNNABLE 的呢？以及 NEW、TERMINATED 和 RUNNABLE 状态是如何转换的？  RUNNABLE 与 BLOCKED 的状态转换
　　只有一种场景会触发，就是线程等待synchronized的隐式锁，synchronized修饰的代码库、方法同一时刻只能有一个线程执行，其他线程只能等待，这种情况下，等待的线程就会从RUNNABLE 转换到 BLOCKED 状态。而当等待的线程获取到了synchronized 的隐式锁时，就又会从 BLOCKED 转换到 RUNNABLE 状态。
　　如果你熟悉操作系统声明周期，可能有疑问：线程调用阻塞API 时，是否会转换到BLOCKED 状态呢？操作系统层面是会转换到休眠状态，但是jvm 层面Java线程是不会发生变化的，也就是说Java线程的状态依然保持RUNNABLE状态。JVM 层面并不关心操作系统调度相关的状态，因为在 JVM 看来，等待 CPU 使用权（操作系统层面此时处于可执行状态）与等待 I/O（操作系统层面此时处于休眠状态）没有区别，都是在等待某个资源，所以都归入了 RUNNABLE 状态。
　　所以我们平时Java 在调用阻塞式 API 时， 线程会阻塞，指的是操作系统线程的状态，并不是Java 线程的状态。  RUNNABLE 与 WAITING 的状态转换
　　第一场景，获得synchronized 隐式锁的线程，调用无参数的Object.wait()方法，其中wait() 方法我们在上一篇讲解管程的时候已经深入介绍过了，这里就不再赘述。
　　第二场景，调用无参数的 Thread.join() 方法。其中的 join() 是一种线程同步方法，例如有一个线程对象 thread A，当调用 A.join() 的时候，执行这条语句的线程会等待 thread A 执行完，而等待中的这个线程，其状态会从 RUNNABLE 转换到 WAITING。当线程 thread A 执行完，原来等待它的线程又会从 WAITING 状态转换到 RUNNABLE。
　　第三场景，调用 LockSupport.park() 方法。 其中的 LockSupport 对象，也许你有点陌生，其实 Java 并发包中的锁，都是基于它实现的。调用 LockSupport.park() 方法，当前线程会阻塞，线程的状态会从 RUNNABLE 转换到 WAITING。调用 LockSupport.unpark(Thread thread) 可唤醒目标线程，目标线程的状态又会从 WAITING 状态转换到 RUNNABLE。  RUNNABLE 与 TIMED_WAITING 的状态转换
　　有五种场景触发这种转换：
　　1、调用带有超时参数的Thread.sleep(long millis) 方法；
　　2、获得synchronized 隐式锁的线程，调用带超时参数的 Object.wait(long timeout) 方法；
　　3、调用带超时参数的 Thread.join(long millis) 方法；
　　4、调用带超时参数的 LockSupport.parkNanos(Object blocker, long deadline) 方法；
　　5、调用带超时参数的 LockSupport.parkUntil(long deadline) 方法。  从 NEW 到 RUNNABLE 状态
　　Java 刚创建出来的Thread 就是NEW 状态的，而创建Thread 对象主要有两种方法。
　　一种是继承 Thread 对象，重写 run() 方法。
　　另一种是实现 Runnable 接口，重写 run() 方法，并将该实现类作为创建 Thread 对象的参数。
　　NEW 状态的线程，不会被操作系统调度，因此不会被执行。Java 线程要执行，就必须转换到RUNNABLE 状态，从 NEW 状态转换到 RUNNABLE 状态很简单，只要调用线程对象的 start() 方法就可以了 。  从 RUNNABLE 到 TERMINATED 状态
　　线程执行完 run() 方法后，会自动转换到 TERMINATED 状态，当然如果执行 run() 方法的时候异常抛出，也会导致线程终止。 有时候我们需要强制中断 run() 方法的执行，例如 run() 方法访问一个很慢的网络，我们等不下去了，想终止怎么办呢？Java 的 Thread 类里面倒是有个 stop() 方法，不过已经标记为 @Deprecated，所以不建议使用了。正确的姿势其实是调用 interrupt() 方法。  那 stop() 和 interrupt() 方法的主要区别是什么呢？
　　stop() 方法会真的杀死线程，不给线程喘息的机会， 如果线程持有 ReentrantLock 锁，被 stop() 的线程并不会自动调用 ReentrantLock 的 unlock() 去释放锁，那其他线程就再也没机会获得 ReentrantLock 锁，这实在是太危险了。
　　所以该方法就不建议使用了，类似的方法还有 suspend() 和 resume() 方法，这两个方法同样也都不建议使用了，所以这里也就不多介绍了。 而 interrupt() 方法就温柔多了，interrupt() 方法仅仅是通知线程，线程有机会执行一些后续操作，同时也可以无视这个通知。被 interrupt 的线程，是怎么收到通知的呢？一种是异常，另一种是主动检测。
　　当线程 A 处于 WAITING、TIMED_WAITING 状态时，如果其他线程调用线程 A 的 interrupt() 方法，会使线程 A 返回到 RUNNABLE 状态，同时线程 A 的代码会触发 InterruptedException 异常。 上面我们提到转换到 WAITING、TIMED_WAITING 状态的触发条件，都是调用了类似 wait()、join()、sleep() 这样的方法，我们看这些方法的签名，发现都会 throws InterruptedException 这个异常。这个异常的触发条件就是：其他线程调用了该线程的 interrupt() 方法。
　　当线程 A 处于 RUNNABLE 状态时，并且阻塞在 java.nio.channels.InterruptibleChannel 上时，如果其他线程调用线程 A 的 interrupt() 方法，线程 A 会触发 java.nio.channels.ClosedByInterruptException 这个异常；而阻塞在 java.nio.channels.Selector 上时，如果其他线程调用线程 A 的 interrupt() 方法，线程 A 的 java.nio.channels.Selector 会立即返回。
　　上面这两种情况属于被中断的线程通过异常的方式获得了通知。还有一种是主动检测，如果线程处于 RUNNABLE 状态，并且没有阻塞在某个 I/O 操作上，例如中断计算圆周率的线程 A，这时就得依赖线程 A 主动检测中断状态了。如果其他线程调用线程 A 的 interrupt() 方法，那么线程 A 可以通过 isInterrupted() 方法，检测是不是自己被中断了。
　　理解 Java 线程的各种状态以及生命周期对于诊断多线程 Bug 非常有帮助，多线程程序很难调试，出了 Bug 基本上都是靠日志，靠线程 dump 来跟踪问题，分析线程 dump 的一个基本功就是分析线程状态，大部分的死锁、饥饿、活锁问题都需要跟踪分析线程的状态。同时，本文介绍的线程生命周期具备很强的通用性，对于学习其他语言的多线程编程也有很大的帮助。