Java多线程（1）：线程生命周期

您好，我是湘王，这是我的慕课手记，欢迎您来，欢迎您再来～

从事Java开发这些年来，如果要问我Java当中最难的部分是什么？最有意思的部分是什么？最多人讨论的部分是什么？那我会毫不犹豫地说：多线程。

之前说过I/O是比较裹人概念之二，那么多线程就是那个之一，除了它也没谁了！如果一定要找另外一个特性，那就非JVM莫属吧。

涉及Java多线程的书籍、文章、日志，包括面试问题，非常非常非常多，但真正能深刻理解并掌握这个有趣特性的人，很少（我并不是这部分很少的人之一，只是能有幸站在前人的肩膀上用自己一点浅薄的经验来发表见解）。

Java多线程说它难，也不难，就是有点绕；说它简单，也不简单，需要理解的概念很多，尤其是很多底层知识，如数据结构、操作系统的部分。

Java多线程掌握得好，不仅仅只是对Java，对任何其他具有并发特性的编程语言，甚至是操作系统，都能有更全面和准确的认识。

Java多线程最大的特点，而且也是唯一确定的一件事，那就是：在多线程环境下，程序的运行结果是无法预料的，但这也正是它最有趣的地方。

在了解多线程之前，最好先知道什么是并发，什么是并行（这在我之前写的《CPU的分身术：千手观音与齐天大圣》里面有提到过）。不然很容易迷糊。

总的来说，就是这样：

并行：同一时刻可以同时发生/执行多个任务

并发：同一时刻只能发生/执行一个任务

学习多线程最好从如下六个方面循序渐进（纯粹个人经验和建议，可无视）：

1、线程生命周期：NEW、RUNNABLE（READY、RUNNING）、BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING、TERMINATED状态

2、关键字：synchronized和volatile

3、线程池：ThreadPoolExecutor

4、锁（AQS）：悲观锁/乐观锁、轻量级锁/重量级锁、自旋锁/可重入锁等各种锁

5、CAS：各种原子类

6、并发工具类：ArrayBlockingQueue、CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore等

就如同每个人在不同的年龄阶段有不同的特征和生活状态一样，也可以用“生命周期”来描述线程在不同阶段下的不同特征。线程生命周期涉及到不同线程状态间的转换，这种状态变换，最早可以追溯到《操作系统》中的PV操作与信号灯。PV操作是一种实现进程互斥与同步的方法，P（passeren）表示通过，V（vrijgeven）表示释放。信号灯其实就是交通信号灯，为了避免出现冲突（交通事故），同时更有效地利用公路资源，通过信号灯来实现交通管理：

再说回Java，Java多线程用一句话总结就是「6类5法」。

所谓「6类」，就是多状态的状态分为这6类：

1、新建（NEW）：新创建了一个线程，但还没调用start方法

2、运行（RUNNABLE）

2.1、就绪（ready）：运行start方法后，线程位于可运行线程池中，等待被调度

2.2、运行中（RUNNING）：就绪的线程获得CPU的时间片就变为运行中

3、阻塞（BLOCKED）：线程等待获取锁

4、等待（WAITING）：接收事件通知后或系统中断后进入等待

5、超时（TIMED_WAITING）：等待指定时间后会自行返回

6、终止（TERMINATED）：线程已执行完毕

这是线程生命周期的状态变化图：

简单来说，就是这样：

而所谓「5法」就是线程的核心方法是这么5个：

1、wait：当前线程调用锁对象的wait方法，当前线程释放锁，进入等待状态，由其他线程接着执行

2、notify/notifyAll：唤醒任意一个或全部等待的线程后接着执行，但并不释放锁

3、join：当前线程调用其他线程的join方法，调用后当前线程进入等待状态

4、yield：当前线程调用，调用后暂停执行（可能无效），变为就绪态

5、sleep：当前线程调用，调用后进入TIME_WAITING状态

用代码来解释一下会更直观一些。

第一种wait/notify的情况：

public static void main(String[] args) {
    Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            synchronized ("锁") {
                System.out.println("t1 start");
                try {
                    // t1释放锁
                    "锁".wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("t1 end");
            }
        }
    });
    Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            synchronized ("锁") {
                System.out.println("t2 start");
                try {
                    // 通知t1进入等待队列
                    "锁".notify();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("t2 end");
            }
        }
    });

    t1.start();
    t2.start();
}

此时代码执行流程（两种可能）：

1、T1先执行

1.1、T1启动，wait让出锁，让出CPU，T2获得CPU，T2启动，notify了通过object锁等待的线程

1.2、T1被唤醒后等待启动，T2继续执行，T2执行完，T1获得CPU后继续执行

2、T2先执行

T2执行完，T1启动，让出CPU，由于没有线程再来执行notify，程序无限期等待

这里要强调的重点是：

1、wait会让出CPU而notify不会

2、wait重点在通知其它同用一个object的线程“我暂时不用了”，并且让出CPU

3、notify重点在于通知使用object的对象“我用完了！”

如果说只有两个线程的时候，还能尝试着分析一下结果，那么当有四个线程的时候会如何呢？看看代码：

public static void main(String[] args) {
    Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            synchronized ("锁") {
                System.out.println("t1 start");
                try {
                    // t1释放锁
                    "锁".wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("t1 end");
            }
        }
    });
    Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            synchronized ("锁") {
                try {
                    System.out.println("t2 start");
                    // 随机通知一个等待的线程进入等待队列
                    "锁".notify();
                    System.out.println("t2 end");
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    });

    Thread t3 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            synchronized ("锁") {
                try {
                    System.out.println("t3 start");
                    // 随机通知一个等待的线程进入等待队列
                    "锁".notify();
                    System.out.println("t3 end");
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    });
    Thread t4 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            synchronized ("锁") {
                try {
                    System.out.println("t4 start");
                    // t4释放锁
                    "锁".wait();
                    System.out.println("t4 end");
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    });

    t1.start();
    t2.start();
    t3.start();
    t4.start();
}

然后同时开启这四个线程，但结果是无法预料！为什么？因为只有两种可能的流程（要么wait先执行完，要么notify先执行完），至于每种流程里面怎么执行的？不知道！不清楚！无法预料！这就是多线程让人困惑的地方和魅力所在。

而且线程还有一个无赖的行为就是：虽然你有优先级，但我不保证有用！

public class MyThread extends Thread {
    MyThread(String s) {
        super(s);
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 10; i++) {
            System.out.println(getName() + " : " + i);
            if (i == 5) {
                Thread.yield();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("主线程启动");
        Thread t1 = new MyThread("t1");
        Thread t2 = new MyThread("t2");
        t1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
        t1.start();
        t2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println("主线程结束");
    }
}

这里不管怎么设置t1或者t2的优先级，都没有用，运行的结果每次都可能不一样。

线程的生命周期6类5法算是比较简单的，是基础中的基础。但是用好很难，关键在于多练多想，多多尝试各种组合。

感谢您的大驾光临！咨询技术、产品、运营和管理相关问题，请关注后留言。欢迎骚扰，不胜荣幸～