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Jstack线程状态BLOCKED/TIMED_WAITING/WAITING解释

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一、线程5种状态
新建状态(New) 新创建了一个线程对象。

就绪状态(Runnable) 线程对象创建后,其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中,变得可运行,等待获取CPU的使用权。

运行状态(Running) 就绪状态的线程获取了CPU,执行程序代码。

阻塞状态(Blocked) 阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权,暂时停止运行。直到线程进入就绪状态,才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种:

等待阻塞:运行的线程执行wait()方法,JVM会把该线程放入等待池中。
同步阻塞:运行的线程在获取对象的同步锁时,若该同步锁被别的线程占用,则JVM会把该线程放入锁池中。
其他阻塞:运行的线程执行sleep()或join()方法,或者发出了I/O请求时,JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时,线程重新转入就绪状态。
死亡状态(Dead):线程执行完了或者因异常退出了run()方法,该线程结束生命周期。

二、Jstack中常见的线程状态
应用程序启动后,我们对系统运行状况的观测大部分情况下是通过运行日志。但是若某一天发现,日志中记录的行为与预想的不一致,此时需要进一步的系统监控该怎么办,Jstack是常用的排查工具,它能输出在某一个时间,java进程中所有线程的状态,很多时候这些状态信息能给我们的排查工作带来有用的线索。
Jstack的输出中,Java线程状态主要是以下几种:

RUNNABLE 线程运行中或I/O等待
BLOCKED 线程在等待monitor锁(synchronized关键字)
TIMED_WAITING 线程在等待唤醒,但设置了时限
WAITING 线程在无限等待唤醒
这里Jstack使用的关键字描述的线程状态与上一节中线程不太一样,所以可能理解上的可能会出现混淆。虽然Java中的线程一样有上节中描述的5种状态,但在实际情况下线程新建状态和死亡状态持续很短,我们也并不太关心。大多时候我们关注的是运行状态/阻塞状态,这里弄清楚Jstack的输出含义即可。下面用简单的代码产生出以上4中状态。

public static void main(String[] args) {
    System.out.println(Utils.pid());
    runnable();     // 1

// blocked(); // 2
// waiting(); // 3
// timedWaiting(); // 4
}

public static String pid() {
    String name = ManagementFactory.getRuntimeMXBean().getName();
    return name.split("@")[0];
}

这里为了方便得到java进程id,直接使用pid()函数输出。为了方便,我们把观察线程固定为”main”,因为JVM还有其他线程都会存在输出中,我们可以通过关键字”main”找到我们要观察的线程。命令jstack -l [pid]。

1) 让线程一直处于RUNNABLE

public static void runnable() {
    long i = 0;
    while (true) {
        i++;
    }
}

没什么好解释的,死循环即可。

2) 让线程一直处于BLOCKED

public static void blocked() {
    final Object lock = new Object();
    new Thread() {
        public void run() {
            synchronized (lock) {
                System.out.println("i got lock, but don't release");
                try {
                    Thread.sleep(1000L * 1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }
        }
    }.start();

    try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}

    synchronized (lock) {
        try {
            Thread.sleep(30 * 1000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }
}

主线程sleep,先让另外一个线程拿到lock,并长期持有lock(sleep会持有锁,wait不会)。此时主线程会BLOCK住等待lock被释放,此时jstack的输出可以看到main线程状态是BLOCKED。这里要注意的是只有synchronized这种方式的锁(monitor锁)才会让线程出现BLOCKED状态,等待ReentrantLock则不会。

3) 让线程处于TIMED_WAITING状态

public static void timedWaiting() {
    final Object lock = new Object();
    synchronized (lock) {
        try {
            lock.wait(30 * 1000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }
}

用Lock.tryLock(timeout, timeUnit),这种方式也会看到TIMED_WAITING状态,这个状态说明线程当前的等待一定是可超时的。

4) 让线程处于WAITING状态

public static void waiting() {
    final Object lock = new Object();
    synchronized (lock) {
        try {
            lock.wait();
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }
}

无超时的等待,必须等待lock.notify()或lock.notifyAll()或接收到interrupt信号才能退出等待状态。同理,ReentrantLock.lock()的无参方法调用,也会使线程状态变成WAITING。

通过以上几个最简单的例子,让线程达到jstack输出中常见的几种状态,可以更好地理解jstack输出。

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