Java中的线程状态及状态转换详解

# 1. Java多线程概述

## 1.1 Java多线程概念

Java是一种支持多线程编程的语言。多线程是指在一个程序中同时存在多个执行流，每个执行流即为一个线程。

在Java中，可以使用Thread类或者实现Runnable接口来创建线程。创建一个新的线程可以实现以下两种方式之一：
- 继承Thread类并重写run方法
- 实现Runnable接口并实现run方法

线程的run方法是线程的主体，表示线程要执行的操作。当线程启动后，run方法会被调用，并开始执行线程的操作。

## 1.2 多线程的优势与应用场景

多线程的使用可以带来以下几个优势：
- 提高程序的执行效率：多个线程可以同时执行不同的任务，从而提高整体程序的执行效率。
- 提升用户体验：通过多线程可以实现异步处理，提升用户界面的响应速度，增加用户体验。
- 充分利用多核处理器的优势：多线程可以在多核处理器上同时运行，充分利用硬件资源。

多线程适用于以下场景：
- 需要同时处理多个任务的场景，如服务器同时处理多个客户端请求。
- 需要实时响应的场景，如游戏中的操作和事件处理。
- 长时间耗时的操作，如文件上传、下载和网络请求等。

在接下来的章节中，我们将详细介绍Java中的线程状态以及线程状态转换的相关知识。请继续阅读下一章节。

# 2. Java中的线程状态

### 2.1 线程状态定义

在线程的生命周期中，线程可以处于不同的状态，Java中定义了以下几种线程状态：

- **新建（New）**：当一个线程对象被创建时，它处于新建状态。此时线程并没有开始执行，只是处于可运行状态。
- **就绪（Runnable）**：线程调用了start()方法后，进入就绪状态。在就绪状态下的线程可能会被线程调度器分配到CPU执行。
- **运行（Running）**：线程获取CPU并执行任务时，处于运行状态。
- **阻塞（Blocked）**：当线程因为某些原因而暂停执行时，处于阻塞状态。比如线程阻塞在I/O操作、获取锁失败等情况下。
- **等待（Waitting）**：线程在执行过程中，调用了wait()方法，进入等待状态。只有当其他线程调用了notify()或者notifyAll()方法后，这些等待状态的线程才会进入就绪状态。
- **超时等待（Timed Waitting）**：类似于等待状态，不过可以在指定的时间内自动唤醒。
- **终止（Terminated）**：线程执行任务完毕或者发生异常时，进入终止状态。

### 2.2 线程状态分类及对应状态说明

根据上述定义，我们可以将线程状态分为三个大类：

1. **可运行状态**：包括新建、就绪、运行状态。只有处于可运行状态的线程才有机会被CPU执行。
2. **阻塞状态**：包括阻塞、等待、超时等待状态。这些状态下的线程暂时无法获取CPU执行时间。
3. **终止状态**：线程执行完任务或者发生异常后进入终止状态，不再参与线程调度。

不同线程状态之间的转换是由Java虚拟机自动控制的，开发者无法直接干预。因此，了解线程状态的转换条件和含义对于编写高效、可靠的多线程程序非常重要。在下一章节我们将详细介绍线程状态的转换过程和相关示例。

>参考代码：

public class ThreadStateDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        System.out.println("当前线程状态：" + thread.getState()); // 打印当前线程状态
        thread.start(); // 线程启动后进入就绪状态，等待CPU调度
        System.out.println("当前线程状态：" + thread.getState());

        Thread.sleep(100); // 等待一段时间，让线程有机会执行

        System.out.println("当前线程状态：" + thread.getState()); // 线程正在运行
        Thread.sleep(600);

        System.out.println("当前线程状态：" + thread.getState()); // 线程阻塞
        Thread.sleep(1000);

        System.out.println("当前线程状态：" + thread.getState()); // 线程死亡
    }
}

代码说明：

1. 创建了一个新的线程对象`thread`，并使用Lambda表达式定义了线程的任务。
2. 调用`thread.getState()`方法可以获取线程的当前状态。
3. 在线程对象调用`start()`方法之后，线程进入就绪状态，并等待CPU调度。
4. 使用`Thread.sleep()`方法等待一段时间，模拟线程执行过程中的耗时操作。
5. 在不同的时间点，通过输出线程状态可以观察到线程状态的转换过程。

输出结果：

当前线程状态：NEW
当前线程状态：RUNNABLE
当前线程状态：TIMED_WAITING
当前线程状态：TERMINATED

从输出结果可以看出，线程在不同的时间点处于不同的状态，符合我们之前定义的线程状态转换规则。这种状态转换的控制由Java虚拟机自动完成，开发者只需了解状态之间的转换条件，并在需要时进行适当的线程状态控制即可。

# 3. Java线程状态转换详解

#### 3.1 线程状态转换的触发条件

在Java中，线程的状态转换是由一些特定的操作或事件触发的。主要的线程状态包括新建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）、定时等待（Timed Waiting）和终止（Terminated）。下面将详细介绍各个状态之间的转换条件：

- 新建（New）：线程刚刚被创建，还没有被启动。

- 就绪（Runnable）：线程已经被创建，并且调用了start()方法，处于就绪状态，等待获取CPU资源执行。

- 运行（Running）：线程获取了CPU资源正在执行。

- 阻塞（Blocked）：线程在等待监视器锁（synchronized块中的同步锁）时，将进入阻塞状态。

- 等待（Waiting）：线程调用了Object.wait()、Thread.join()或LockSupport.park()方法，处于等待状态。

- 定时等待（Timed Waiting）：线程调用了Thread.sleep()、Object.wait(timeout)、Thread.join(timeout)或LockSupport.parkNanos()方法，指定了等待的时间。

- 终止（Terminated）：线程执行完run()方法或者因异常退出了run()方法，处于终止状态。

#### 3.2 线程状态转换的示例与说明

public class ThreadStateTransitionExample {
    public static void main(String[] args) {
        Object lock = new Object();

        Thread waitingThread = new Thread(new WaitingThread(lock));