java 线程的几种状态

java thread的运行周期中, 有几种状态, 在 java.lang.Thread.State 中有详细定义和说明:

NEW 状态是指线程刚创建, 尚未启动

RUNNABLE 状态是线程正在正常运行中, 当然可能会有某种耗时计算/IO等待的操作/CPU时间片切换等, 这个状态下发生的等待一般是其他系统资源, 而不是锁, Sleep等

BLOCKED  这个状态下, 是在多个线程有同步操作的场景, 比如正在等待另一个线程的synchronized 块的执行释放, 或者可重入的 synchronized块里别人调用wait() 方法, 也就是这里是线程在等待进入临界区

WAITING  这个状态下是指线程拥有了某个锁之后, 调用了他的wait方法, 等待其他线程/锁拥有者调用 notify / notifyAll 一遍该线程可以继续下一步操作, 这里要区分 BLOCKED 和 WATING 的区别, 一个是在临界点外面等待进入, 一个是在理解点里面wait等待别人notify, 线程调用了join方法 join了另外的线程的时候, 也会进入WAITING状态, 等待被他join的线程执行结束

TIMED_WAITING  这个状态就是有限的(时间限制)的WAITING, 一般出现在调用wait(long), join(long)等情况下, 另外一个线程sleep后, 也会进入TIMED_WAITING状态

TERMINATED 这个状态下表示 该线程的run方法已经执行完毕了, 基本上就等于死亡了(当时如果线程被持久持有, 可能不会被回收)

下面谈谈如何让线程进入以上几种状态:

1. NEW, 这个最简单了,  
 
     static void NEW() {
          Thread t = new Thread ();
         System. out.println(t.getState());
    }
 
输出NEW
 
2. RUNNABLE, 也简单, 让一个thread start, 同时代码里面不要sleep或者wait等
 
   private static void RUNNABLE() {
         Thread t = new Thread(){
             
              public void run(){
                  for(int i=0; i<Integer.MAX_VALUE; i++){
                      System. out.println(i);
                 }
             }
             
         };
         
         t.start();
    }
 
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3. BLOCKED, 这个就必须至少两个线程以上, 然后互相等待synchronized 块
          
     private static void BLOCKED() {
         
          final Object lock = new Object();
         
         Runnable run = new Runnable() {
             
              @Override
              public void run() {
                  for(int i=0; i<Integer.MAX_VALUE; i++){
                      
                       synchronized (lock) {
                          System. out.println(i);
                      }
                      
                 }
             }
         };
         
         Thread t1 = new Thread(run);
         t1.setName( "t1");
         Thread t2 = new Thread(run);
         t2.setName( "t2");
         
         t1.start();
         t2.start();
         
    }
 
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这时候, 一个在RUNNABLE, 另一个就会在BLOCKED (等待另一个线程的 System.out.println.. 这是个IO操作, 属于系统资源, 不会造成WAITING等)
 
4. WAITING, 这个需要用到生产者消费者模型, 当生产者生产过慢的时候, 消费者就会等待生产者的下一次notify
 
     private static void WAITING() {
 
          final Object lock = new Object();
         Thread t1 = new Thread(){
              @Override
              public void run() {
                 
                  int i = 0;
                 
                  while(true ){
                       synchronized (lock) {
                           try {
                               lock.wait();
                          } catch (InterruptedException e) {
                          }
                          System. out.println(i++);
                      }
                 }
             }
         };
         
         Thread t2 = new Thread(){
              @Override
              public void run() {
                 
                  while(true ){
                       synchronized (lock) {
                           for(int i = 0; i< 10000000; i++){
                              System. out.println(i);
                          }
                          lock.notifyAll();
                      }
                      
                 }
             }
         };
         
         t1.setName( "^^t1^^");
         t2.setName( "^^t2^^");
         
         t1.start();
         t2.start();
    }
 
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5. TIMED_WAITING, 这个仅需要在4的基础上, 在wait方法加上一个时间参数进行限制就OK了.
 
把4中的synchronized 块改成如下就可以了.
 
synchronized (lock) {
   try {
      lock.wait(60 * 1000L);
   } catch (InterruptedException e) {
   }
   System. out .println(i++);
 }
 
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另外看stack的输出,  他叫 TIMED_WAITING(on  object monitor) , 说明括号后面还有其他的情况, 比如sleep, 我们直接把t2的for循环改成sleep试试:
 
synchronized (lock) {
    
    try {
          sleep(30*1000L);
    } catch (InterruptedException e) {
    }
    lock.notifyAll();
}
a37ef4c72c00e793f8b6c746d74fd4d9 
 
看到了吧, t2的state是 TIMED_WAITING( sleeping),  而t1依然是on object monitor , 因为t1还是wait在等待t2 notify, 而t2是自己sleep
 
另外, join操作也是进入 on object monitor
 
6. TERMINATED, 这个状态只要线程结束了run方法, 就会进入了...
 
    private static void TERMINATED() {
         Thread t1 = new Thread();
         t1.start();
         System. out.println(t1.getState());
          try {
             Thread. sleep(1000L);
         } catch (InterruptedException e) {
         }
         System. out.println(t1.getState());
    }
输出: 
RUNNABLE
TERMINATED
 
由于线程的start方法是异步启动的, 所以在其执行后立即获取状态有可能才刚进入RUN方法且还未执行完毕
 
 
废话了这么多, 了解线程的状态究竟有什么用?
所以说这是个钓鱼贴么...
 
好吧, 一句话, 在找到系统中的潜在性能瓶颈有作用.
 
当java系统运行慢的时候, 我们想到的应该先找到性能的瓶颈, 而jstack等工具, 通过jvm当前的stack可以看到当前整个vm所有线程的状态, 当我们看到一个线程状态经常处于
WAITING 或者 BLOCKED的时候, 要小心了, 他可能在等待资源经常没有得到释放(当然, 线程池的调度用的也是各种队列各种锁, 要区分一下, 比如下图)
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这是个经典的并发包里面的线程池, 其调度队列用的是LinkedBlockingQueue, 执行take的时候会block住, 等待下一个任务进入队列中, 然后进入执行, 这种理论上不是系统的性能瓶颈, 找瓶颈一般先找自己的代码stack,再去排查那些开源的组件/JDK的问题
 
排查问题的几个思路:
 
0. 如何跟踪一个线程?
看到上面的stack输出没有, 第一行是内容是 threadName priority tid nid desc
更过跟踪tid, nid 都可以唯一找到该线程.
 
1. 发现有线程进入BLOCK, 而且持续好久, 这说明性能瓶颈存在于synchronized块中, 因为他一直block住, 进不去, 说明另一个线程一直没有处理好, 也就这个synchronized块中处理速度比较慢, 然后再深入查看. 当然也有可能同时block的线程太多, 排队太久造成.
 
2. 发现有线程进入WAITING, 而且持续好久, 说明性能瓶颈存在于触发notify的那段逻辑. 当然还有就是同时WAITING的线程过多, 老是等不到释放.
 
3. 线程进入TIME_WAITING 状态且持续好久的, 跟2的排查方式一样.
 
 
上面的黑底白字截图都是通过jstack打印出来的, 可以直接定位到你想知道的线程的执行栈, 这对java性能瓶颈的分析是有极大作用的.
 
NOTE: 上面所有代码都是为了跟踪线程的状态而写的, 千万不要在线上应用中这么写...

Java 慎用方法级别的synchronized关键字

为什么要这么说呢, 因为笔者被这个坑过(其实是自己坑自己)╮(╯_╰)╭

先看一段synchronized 的详解:

synchronized 是 java语言的关键字,当它用来修饰一个方法或者一个代码块的时候,能够保证在同一时刻最多只有一个线程执行该段代码。

一、当两个并发线程访问同一个对象object中的这个synchronized(this)同步代码块时,一个时间内只能有一个线程得到执行。另一个线程必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。

二、然而,当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时,另一个线程仍然可以访问该object中的非synchronized(this)同步代码块。

三、尤其关键的是,当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时,其他线程对object中所有其它synchronized(this)同步代码块的访问将被阻塞。

四、第三个例子同样适用其它同步代码块。也就是说,当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时,它就获得了这个object的对象锁。结果,其它线程对该object对象所有同步代码部分的访问都被暂时阻塞。

五、以上规则对其它对象锁同样适用.
简单来说, synchronized就是为当前的线程声明一个锁, 拥有这个锁的线程可以执行区块里面的指令, 其他的线程只能等待获取锁, 然后才能相同的操作.
这个很好用, 但是笔者遇到另一种比较奇葩的情况.
1. 在同一类中, 有两个方法是用了synchronized关键字声明
2. 在执行完其中一个方法的时候, 需要等待另一个方法(异步线程回调)也执行完, 所以用了一个countDownLatch来做等待
3. 代码解构如下:
synchronized void  a(){
  countDownLatch = new CountDownLatch(1);
  // do someing
  countDownLatch.await();
}

synchronized void b(){
     countDownLatch.countDown();
}
其中
a方法由主线程执行, b方法由异步线程执行后回调
执行结果是:
主线程执行 a方法后开始卡住, 不再往下做, 任你等多久都没用.
这是一个很经典的死锁问题
a等待b执行, 其实不要看b是回调的, b也在等待a执行. 为什么呢? synchronized 起了作用.
一般来说, 我们要synchronized一段代码块的时候, 我们需要使用一个共享变量来锁住, 比如:
byte[]  mutex = new byte[0];

void a1(){
     synchronized(mutex){
          //dosomething
     }
}

void b1(){

     synchronized(mutex){
          // dosomething
     }

}
如果把a方法和b方法的内容分别迁移到 a1和b1 方法的synchronized块里面, 就很好理解了.
a1执行完后会间接等待(countDownLatch)b1方法执行
然而由于 a1 中的mutex并没有释放, 就开始等待b1了, 这时候, 即使是异步的回调b1方法, 由于需要等待mutex释放锁, 所以b方法并不会执行
于是就引起了死锁
而这里的synchronized关键字放在方法前面, 起的作用就是一样的. 只是java语言帮你隐去了mutex的声明和使用而已. 同一个对象中的synchronized 方法用到的mutex是相同的, 所以即使是异步回调, 也会引起死锁, 所以要注意这个问题. 这种级别的错误是属于synchronized关键字使用不当. 不要乱用, 而且要用对.
那么这样的 隐形的mutex 对象究竟是 什么呢?
很容易想到的就是 实例本身. 因为这样就不用去定义新的对象了做锁了. 为了证明这个设想, 可以写一段程序来证明.
思路很简单, 定义一个类, 有两个方法, 一个方法声明为 synchronized, 一个在 方法体里面使用synchronized(this), 然后启动两个线程, 来分别调用这两个方法, 如果两个方法之间发生锁竞争(等待)的话, 就可以说明 方法声明的 synchronized 中的隐形的mutex其实就是 实例本身了.
public class MultiThreadSync {

    public synchronized void m1() throws InterruptedException{
         System. out.println("m1 call" );
         Thread. sleep(2000);
         System. out.println("m1 call done" );
    }

    public void m2() throws InterruptedException{
          synchronized (this ) {
             System. out.println("m2 call" );
             Thread. sleep(2000);
             System. out.println("m2 call done" );
         }
    }

    public static void main(String[] args) {
          final MultiThreadSync thisObj  = new MultiThreadSync();

         Thread t1 = new Thread(){
              @Override
              public void run() {
                  try {
                      thisObj.m1();
                 } catch (InterruptedException e) {
                      e.printStackTrace();
                 }
             }
         };

         Thread t2 = new Thread(){
              @Override
              public void run() {
                  try {
                      thisObj.m2();
                 } catch (InterruptedException e) {
                      e.printStackTrace();
                 }
             }
         };

         t1.start();
         t2.start();

    }

}
结果输出是:
m1 call
m1 call done
m2 call
m2 call done
说明方法m2的sync块等待了m1的执行. 这样就可以证实 上面的设想了.
另外需要说明的是, 当sync加在 static的方法上的时候, 由于是类级别的方法, 所以锁住的对象是当前类的class实例. 同样也可以写程序进行证明.这里略.
所以方法的synchronized 关键字, 在阅读的时候可以自动替换为synchronized(this){}就很好理解了.
                                        void method(){
void synchronized method(){                 synchronized(this){
      // biz code                               // biz code
}                             ------>>>      }
                                        }