【Java併發基礎】Java執行緒的生命週期
前言
執行緒是作業系統中的一個概念，支援多執行緒的語言都是對OS中的執行緒進行了封裝。要學好執行緒，就要搞清除它的生命週期，也就是生命週期各個節點的狀態轉換機制。不同的開發語言對作業系統中的執行緒進行了不同的封裝，但是對於執行緒的宣告週期這部分基本是相同的。下面先介紹通用的執行緒生命週期模型，然後詳細介紹Java中的執行緒生命週期以及Java生命週期中各個狀態是如何轉換的。
通用的執行緒生命週期
上圖為通用執行緒狀態轉換圖（五態模型）。
初始狀態
執行緒被建立，但是還不允許分配CPU執行。這裡的建立僅僅是指在程式語言層面被建立；在OS層面還沒有被建立。
可執行狀態
執行緒可以分配CPU執行。在這種狀態下，真正的OS執行緒已經被成功建立，所以可以分配CPU執行。
執行狀態
當有空閒的CPU時，OS就會將空閒CPU分配給一個處於可執行狀態的執行緒，被分配到CPU的執行緒的狀態就轉換成了執行狀態。
休眠狀態
執行狀態的執行緒如果呼叫一個阻塞的API（例如以阻塞方式讀檔案）或者等待某個事件（例如條件變數），那麼執行緒的狀態就會轉到休眠狀態，此時會釋放CPU使用權，休眠狀態的執行緒永遠沒有機會獲得CPU的使用權。當等待的事件出現了（執行緒被喚醒），執行緒就會從休眠狀態轉到可執行狀態。
終止狀態
程式執行完成或者出現異常就會進入此狀態。終止狀態的執行緒不會切換到其他任何狀態，進入終止狀態也就意味著執行緒的生命週期結束了。
以上五種狀態在不同的程式語言中會簡化合並（C中POSIX Thread規範將初始狀態和可執行狀態合併）或者細化（Java中細化了休眠狀態）。Java中將可執行狀態和執行狀態合併了，Java虛擬機器不關心這兩個狀態，把執行緒的排程交給了作業系統。
Java執行緒的生命週期
Java語言的執行緒共有六種狀態：New（初始化狀態）、RUNNABLE（可執行狀態/執行狀態）、BLOCKED（阻塞狀態）、WAITING（無時限等待）、TIMED_WAITING（有時限等待）、TERMINATED（終止狀態）。
在作業系統層面，Java執行緒中的 BLOCKED、 WAITING 、TIMED_WAITING都是休眠狀態。只要Java處於這三種狀態之一，那麼這個執行緒就永遠沒有CPU使用權。
下面是Java執行緒的狀態轉換圖：
這六種狀態之間的轉換，注意箭頭的方向，哪些狀態是可以互轉的哪些是不可以互轉。
RUNNABLE ——> BLOCKED
只有一種場景會觸發這種轉換，即執行緒等待synchronized內建鎖。synchronized關鍵修飾的方法、程式碼塊同一時刻只允許一個執行緒執行，其他未能執行的執行緒則等待。這種情況下，等待的執行緒就會從RUNNABLE轉換到 BLOCKED狀態。當等待的執行緒獲得內建鎖時，就會從BLOCKED轉換到RUNNABLE狀態。
執行緒呼叫阻塞式API時，在作業系統層面執行緒是會轉到休眠狀態，但是在Java虛擬機器層面，Java執行緒的狀態是不會發生變化的，會保持RUNNABLE狀態。Java虛擬機器層面並不關心作業系統相關排程狀態，在它眼裡，等待CPU使用權（OS層面處於可執行狀態）和等待I/O（OS層面處於休眠狀態）沒有區別，都是在等待某個資源，所以都歸入了RUNNABLE狀態。
所以，平時說Java在呼叫阻塞式API時，執行緒會阻塞，指的是作業系統執行緒的狀態，並不是Java執行緒的狀態。
RUNNABLE ——> WAITING
有三種場景會觸發這種轉換：
獲取synchronized內建鎖的執行緒，呼叫無引數的
Object.wait()方法。當前執行緒呼叫
wait()方法會將自己阻塞，狀態就從從RUNNABLE轉到WAITING狀態。使用同一內建鎖的其他執行緒可呼叫notifyAll()喚醒阻塞在該鎖上的所有執行緒，此時被阻塞的執行緒狀態就會從WAITING轉到RUNNABLE狀態。呼叫
Thread.join()方法。一個執行緒物件thread A，當呼叫
A.join()的時候，執行這條語句的執行緒會等待thread A執行完，而等待的這個執行緒，其狀態就會就會從RUNNABLE轉到WAITING狀態。當thread A執行完，原來的這個等待執行緒就會從WAITING狀態轉到RUNNABLE狀態。呼叫
LockSupport.park()方法。Java併發包中的鎖都是基於
LockSupport物件實現的。呼叫LockSupport.park()的當前執行緒會被阻塞，執行緒的狀態會從RUNNABLE轉到WAITING狀態。呼叫LockSupport.unpark(Thread t)可喚醒被阻塞的目標執行緒，目標執行緒的狀態就會從WAITING轉到RUNNABLE狀態。
RUNNABLE ——> TIMED_WAITING
以下場景將會觸發這個狀態轉變：
- 呼叫帶超時引數的
Thread.sleep(long millis)方法。 - 獲得 synchronized 內建鎖的執行緒，呼叫帶超時引數的
Object.wait(long timeout)方法； - 呼叫帶超時引數的
Thread.join(long millis)方法； - 呼叫帶超時引數的
LockSupport.parkNanos(Object blocker, long deadline)方法； - 呼叫帶超時引數的
LockSupport.parkUntil(long deadline)方法。
較與WAITING狀態觸發條件多了超時引數。
NEW ——> RUNNALE，建立執行緒的兩種方式
Java剛創建出來的Thread物件就是NEW狀態，而建立Thread物件主要有兩種方法。
一種是繼承Thread物件，重寫run()方法。
// 自定義執行緒類
class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
// 執行緒需要執行的程式碼
......
}
}
// 建立執行緒物件
MyThread myThread = new MyThread();二是實現Runnable介面，重寫run()方法，並將該實現類作為Thread物件的引數。
// 實現 Runnable 介面
class Runner implements Runnable {
@Override
public void run() {
// 執行緒需要執行的程式碼
......
}
}
// 建立執行緒物件
Thread thread = new Thread(new Runner());NEW狀態的執行緒是不會被作業系統排程的，因此不會執行。Java執行緒要執行，就必須轉換到RUNNABLE狀態。那麼如何轉到RUNNABLE狀態呢？那就需要執行緒啟動，即呼叫執行緒的start()方法。
MyThread myThread = new MyThread();
// 從 NEW 狀態轉換到 RUNNABLE 狀態
myThread.start()；RUNNABLE——> TERMINATED
執行緒執行完 run()方法後，會自動轉換到 TERMINATED 狀態。
如果執行 run() 方法的時候異常丟擲，也會導致執行緒終止。有時候我們需要強制中斷 run() 方法的執行，可以發現Java 的 Thread 類裡面倒是有個 stop()方法，但是該方法被標記為 @Deprecated，已經被棄用了。所以，正確的方式是呼叫 interrupt() 方法。
stop()方法和interrupt()方法的主要區別：
stop()方法會直接殺死執行緒。如果執行緒持有 ReentrantLock 鎖，被 stop() 的執行緒並不會自動呼叫 ReentrantLock 的 unlock() 去釋放鎖，那其他執行緒將再也沒機會獲得 ReentrantLock 鎖。這將會導致非常糟糕的結果。所以該方法已經被廢棄。
而 interrupt() 方法就比較溫柔，interrupt() 方法僅僅是通知執行緒，執行緒有機會執行一些後續操作，同時也可以無視這個通知。
執行緒是如何收到interrupt通知呢？有兩種方式，一種是異常，一種是主動檢測。
異常獲取通知：
當執行緒 A 處於 WAITING、TIMED_WAITING 狀態時，如果其他執行緒呼叫執行緒 A 的 interrupt() 方法，會使執行緒 A 返回到 RUNNABLE 狀態，同時執行緒 A 的程式碼會觸發 InterruptedException異常。
上面介紹狀態轉換時， WAITING、TIMED_WAITING 狀態的觸發條件，都是呼叫了 wait()、join()、sleep() 這樣的方法。 我們看這些方法的簽名，會發現它們都會throws InterruptedException 這個異常。這個異常的觸發條件就是：其他執行緒呼叫了該執行緒的 interrupt() 方法。
當執行緒 A 處於 RUNNABLE 狀態時，並且阻塞在java.nio.channels.InterruptibleChannel上時，如果其他執行緒呼叫執行緒 A 的 interrupt() 方法，執行緒 A 會觸發 java.nio.channels.ClosedByInterruptException 這個異常；而阻塞在 java.nio.channels.Selector上時，如果其他執行緒呼叫執行緒 A 的 interrupt() 方法，執行緒 A 的 java.nio.channels.Selector會立即返回。（這種方式我還沒有使用過暫時還不太明白，先寫將這種觸發方式寫在這裡）
主動檢測獲取通知
如果執行緒處於 RUNNABLE 狀態，並且沒有阻塞在某個 I/O 操作上，這時就得依賴執行緒 A 主動檢測中斷狀態。如果其他執行緒呼叫執行緒 A 的 interrupt() 方法，那麼執行緒 A 可以通過 isInterrupted() 方法，檢測是不是自己被中斷了。
小結
執行緒的生命週期以及各個狀態的轉換要好好掌握，這對於除錯bug還是很有用的。
參考：
[1]極客時間專欄王寶令《Java併發程式設計實戰