线程（Thread）是并发编程的基础，也是程序执行的最小单元，它依托进程而存在。一个进程中可以包含多个线程，多线程可以共享一块内存空间和一组系统资源，因此线程之间的切换更加节省资源、更加轻量化，也因此被称为轻量级的进程。

当然，线程也是面试中常被问到的一个知识点，是程序员必备的基础技能，使用它可以有效地提高程序的整体运行速度。

本课时的面试问题是，线程的状态有哪些？它是如何工作的？

Java线程的状态主要包括以下几种：

1. 新建状态（NEW）：当使用new关键字创建一个新的线程对象时，该线程对象就处于新建状态。此时，它已经有了相应的内存空间和其它资源，但是还没有开始执行。
2. 就绪状态（READY/RUNNABLE）：当线程对象调用了start()方法之后，该线程就进入了就绪状态。此时，线程已经做好了运行准备，但是具体的执行时间取决于CPU的调度。
3. 运行状态（RUNNING）：当就绪状态的线程被调度并获得处理器资源时，线程就进入了运行状态。此时，线程正在执行它的任务。
4. 阻塞状态（BLOCKED）：线程在运行过程中，可能会因为某些原因（如等待I/O操作完成、等待获取锁等）而暂时放弃对CPU的使用权，进入阻塞状态。当这些条件满足后，线程会重新进入就绪状态，等待CPU的调度。
5. 等待状态（WAITING）：线程可以通过调用wait()方法进入等待状态。此时，线程会释放它所持有的所有锁，并进入等待队列，等待其他线程通过notify()或notifyAll()方法唤醒。
6. 计时等待状态（TIMED_WAITING）：线程在调用带有指定等待时间的wait(long timeout)、join(long timeout)或sleep(long timeout)方法后，会进入计时等待状态。与等待状态类似，但增加了超时时间。当超时时间到达或者其他线程通过notify()或notifyAll()方法唤醒该线程时，线程会重新进入就绪状态。
7. 死亡状态（TERMINATED）：当线程执行完毕或者因为异常而退出时，线程就进入了死亡状态。此时，线程已经释放了它所持有的所有资源，并且不能再被调度执行。

Java线程的工作方式主要依赖于JVM的调度和线程的状态转换。当一个线程处于就绪状态时，JVM的调度器会根据一定的调度策略（如优先级、时间片等）选择一个线程来执行。当线程执行完毕后或者因为某些原因进入阻塞、等待或计时等待状态时，它会被暂停执行并释放CPU资源。当条件满足后（如阻塞条件解除、等待超时或被其他线程唤醒等），线程会重新进入就绪状态并等待CPU的调度。这个过程会一直循环进行，直到所有线程都执行完毕或者程序被终止。

典型回答

线程的状态在 JDK 1.5 之后以枚举的方式被定义在 Thread 的源码中，它总共包含以下 6 个状态：

• NEW，新建状态，线程被创建出来，但尚未启动时的线程状态；

• RUNNABLE，就绪状态，表示可以运行的线程状态，它可能正在运行，或者是在排队等待操作系统给它分配 CPU 资源；

• BLOCKED，阻塞等待锁的线程状态，表示处于阻塞状态的线程正在等待监视器锁，比如等待执行 synchronized 代码块或者使用 synchronized 标记的方法；

• WAITING，等待状态，一个处于等待状态的线程正在等待另一个线程执行某个特定的动作，比如，一个线程调用了 Object.wait() 方法，那它就在等待另一个线程调用 Object.notify() 或 Object.notifyAll() 方法；

• TIMED_WAITING，计时等待状态，和等待状态（WAITING）类似，它只是多了超时时间，比如调用了有超时时间设置的方法 Object.wait(long timeout) 和 Thread.join(long timeout) 等这些方法时，它才会进入此状态；

• TERMINATED，终止状态，表示线程已经执行完成。

线程状态的源代码如下：

public enum State {
    /**
     * 新建状态，线程被创建出来，但尚未启动时的线程状态
     */
    NEW,

    /**
      就绪状态，表示可以运行的线程状态，但它在排队等待来自操作系统的 CPU 资源
     /
    RUNNABLE,

    /**
      阻塞等待锁的线程状态，表示正在处于阻塞状态的线程
      正在等待监视器锁，比如等待执行 synchronized 代码块或者
      使用 synchronized 标记的方法
     /
    BLOCKED,

    /**
      等待状态，一个处于等待状态的线程正在等待另一个线程执行某个特定的动作。
      例如，一个线程调用了 Object.wait() 它在等待另一个线程调用
      Object.notify() 或 Object.notifyAll()
     /
    WAITING,

    /**
      计时等待状态，和等待状态 (WAITING) 类似，只是多了超时时间，比如
      调用了有超时时间设置的方法 Object.wait(long timeout) 和 
      Thread.join(long timeout) 就会进入此状态
     /
    TIMED_WAITING,

    /**
      终止状态，表示线程已经执行完成
     /
}

线程的工作模式是，首先先要创建线程并指定线程需要执行的业务方法，然后再调用线程的 start() 方法，此时线程就从 NEW（新建）状态变成了 RUNNABLE（就绪）状态，此时线程会判断要执行的方法中有没有 synchronized 同步代码块，如果有并且其他线程也在使用此锁，那么线程就会变为 BLOCKED（阻塞等待）状态，当其他线程使用完此锁之后，线程会继续执行剩余的方法。

当遇到 Object.wait() 或 Thread.join() 方法时，线程会变为 WAITING（等待状态）状态，如果是带了超时时间的等待方法，那么线程会进入 TIMED_WAITING（计时等待）状态，当有其他线程执行了 notify() 或 notifyAll() 方法之后，线程被唤醒继续执行剩余的业务方法，直到方法执行完成为止，此时整个线程的流程就执行完了，执行流程如下图所示：

考点分析

线程一般会作为并发编程的起始问题，用于引出更多的关于并发编程的面试问题。当然对于线程的掌握程度也决定了你对并发编程的掌握程度，通常面试官还会问：

• BLOCKED（阻塞等待）和 WAITING（等待）有什么区别？

• start() 方法和 run() 方法有什么区别？

• 线程的优先级有什么用？该如何设置？

• 线程的常用方法有哪些？

接下来我们一起来看这些问题的答案。

知识扩展

1.BLOCKED 和 WAITING 的区别

虽然 BLOCKED 和 WAITING 都有等待的含义，但二者有着本质的区别，首先它们状态形成的调用方法不同，其次 BLOCKED 可以理解为当前线程还处于活跃状态，只是在阻塞等待其他线程使用完某个锁资源；而 WAITING 则是因为自身调用了 Object.wait() 或着是 Thread.join() 又或者是 LockSupport.park() 而进入等待状态，只能等待其他线程执行某个特定的动作才能被继续唤醒，比如当线程因为调用了 Object.wait() 而进入 WAITING 状态之后，则需要等待另一个线程执行 Object.notify() 或 Object.notifyAll() 才能被唤醒。

2.start() 和 run() 的区别

首先从 Thread 源码来看，start() 方法属于 Thread 自身的方法，并且使用了 synchronized 来保证线程安全，源码如下：

public synchronized void start() {
    // 状态验证，不等于 NEW 的状态会抛出异常
    if (threadStatus != 0)
        throw new IllegalThreadStateException();
    // 通知线程组，此线程即将启动

    group.add(this);
    boolean started = false;
    try {
        start0();
        started = true;
    } finally {
        try {
            if (!started) {
                group.threadStartFailed(this);
            }
        } catch (Throwable ignore) {
            // 不处理任何异常，如果 start0 抛出异常，则它将被传递到调用堆栈上
        }
    }
}

run() 方法为 Runnable 的抽象方法，必须由调用类重写此方法，重写的 run() 方法其实就是此线程要执行的业务方法，源码如下：

public class Thread implements Runnable {
 // 忽略其他方法......
  private Runnable target;
  @Override
  public void run() {
      if (target != null) {
          target.run();
      }
  }
}
@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

从执行的效果来说，start() 方法可以开启多线程，让线程从 NEW 状态转换成 RUNNABLE 状态，而 run() 方法只是一个普通的方法。

其次，它们可调用的次数不同，start() 方法不能被多次调用，否则会抛出 java.lang.IllegalStateException；而 run() 方法可以进行多次调用，因为它只是一个普通的方法而已。

3.线程优先级

在 Thread 源码中和线程优先级相关的属性有 3 个：

// 线程可以拥有的最小优先级
public final static int MIN_PRIORITY = 1;

// 线程默认优先级
public final static int NORM_PRIORITY = 5;

// 线程可以拥有的最大优先级
public final static int MAX_PRIORITY = 10

线程的优先级可以理解为线程抢占 CPU 时间片的概率，优先级越高的线程优先执行的概率就越大，但并不能保证优先级高的线程一定先执行。

在程序中我们可以通过 Thread.setPriority() 来设置优先级，setPriority() 源码如下：

public final void setPriority(int newPriority) {
    ThreadGroup g;
    checkAccess();
    // 先验证优先级的合理性
    if (newPriority > MAX_PRIORITY || newPriority < MIN_PRIORITY) {
        throw new IllegalArgumentException();
    }
    if((g = getThreadGroup()) != null) {
        // 优先级如果超过线程组的最高优先级，则把优先级设置为线程组的最高优先级
        if (newPriority > g.getMaxPriority()) {
            newPriority = g.getMaxPriority();
        }
        setPriority0(priority = newPriority);
    }
}

4.线程的常用方法

线程的常用方法有以下几个。

（1）join()

在一个线程中调用 other.join() ，这时候当前线程会让出执行权给 other 线程，直到 other 线程执行完或者过了超时时间之后再继续执行当前线程，join() 源码如下：

public final synchronized void join(long millis)
throws InterruptedException {
    long base = System.currentTimeMillis();
    long now = 0;
    // 超时时间不能小于 0
    if (millis < 0) {
        throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
    }
    // 等于 0 表示无限等待，直到线程执行完为之
    if (millis == 0) {
        // 判断子线程 (其他线程) 为活跃线程，则一直等待
        while (isAlive()) {
            wait(0);
        }
    } else {
        // 循环判断
        while (isAlive()) {
            long delay = millis - now;
            if (delay <= 0) {
                break;
            }
            wait(delay);
            now = System.currentTimeMillis() - base;
        }
    }
}

从源码中可以看出 join() 方法底层还是通过 wait() 方法来实现的。

例如，在未使用 join() 时，代码如下：

public class ThreadExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i < 6; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("子线程睡眠：" + i + "秒。");
            }
        });
        thread.start(); // 开启线程
        // 主线程执行
        for (int i = 1; i < 4; i++) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("主线程睡眠：" + i + "秒。");
        }
    }
}

程序执行结果为：

主线程睡眠：1秒。
子线程睡眠：1秒。
主线程睡眠：2秒。
子线程睡眠：2秒。
主线程睡眠：3秒。
子线程睡眠：3秒。
子线程睡眠：4秒。
子线程睡眠：5秒。

从结果可以看出，在未使用 join() 时主子线程会交替执行。

然后我们再把 join() 方法加入到代码中，代码如下：

public class ThreadExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i < 6; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("子线程睡眠：" + i + "秒。");
            }
        });
        thread.start(); // 开启线程
        thread.join(2000); // 等待子线程先执行 2 秒钟
        // 主线程执行
        for (int i = 1; i < 4; i++) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("主线程睡眠：" + i + "秒。");
        }
    }
}

程序执行结果为：

子线程睡眠：1秒。
子线程睡眠：2秒。
主线程睡眠：1秒。 
// thread.join(2000); 等待 2 秒之后，主线程和子线程再交替执行
子线程睡眠：3秒。
主线程睡眠：2秒。
子线程睡眠：4秒。
子线程睡眠：5秒。
主线程睡眠：3秒。

从执行结果可以看出，添加 join() 方法之后，主线程会先等子线程执行 2 秒之后才继续执行。

（2）yield()

看 Thread 的源码可以知道 yield() 为本地方法，也就是说 yield() 是由 C 或 C++ 实现的，源码如下：

public static native void yield();

yield() 方法表示给线程调度器一个当前线程愿意出让 CPU 使用权的暗示，但是线程调度器可能会忽略这个暗示。

比如我们执行这段包含了 yield() 方法的代码，如下所示：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Runnable runnable = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                System.out.println("线程：" +
                        Thread.currentThread().getName() + " I：" + i);
                if (i == 5) {
                    Thread.yield();
                }
            }
        }
    };
    Thread t1 = new Thread(runnable, "T1");
    Thread t2 = new Thread(runnable, "T2");
    t1.start();
    t2.start();
}

当我们把这段代码执行多次之后会发现，每次执行的结果都不相同，这是因为 yield() 执行非常不稳定，线程调度器不一定会采纳 yield() 出让 CPU 使用权的建议，从而导致了这样的结果。

最后

今天分享到这里，我们介绍了线程的 6 种状态以及线程的执行流程，还介绍了 BLOCKED（阻塞等待）和 WAITING（等待）的区别，start() 方法和 run() 方法的区别，以及 join() 方法和 yield() 方法的作用，但我们不能死记硬背，要多动手实践才能真正的理解这些知识点。

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