刨根问底Java多线程系列（1）：线程状态

一、引言

首先说明，本文讨论的是Hotspot的6u23版本，锁是synchronized实现而不是Lock。
在看《Java多线程编程核心技术》时，读到下面这段（P143，3.1.3节最后一段）：

“每个锁对象都有两个队列，一个是就绪队列，一个是阻塞队列。就绪队列存储了将要获得锁的线程，阻塞队列存储了被阻塞的线程。一个线程被唤醒后，才会进入就绪队列，等待CPU的调度；反之，一个线程被wait后，就会进入阻塞队列，等待下一次被唤醒。”

再贴上线程状态转换图【图1】：

问题来了：

 就绪队列与阻塞队列分别存放的是什么状态的线程？

可能有同学看到阻塞队列，就会认为阻塞队列里面存放的都是Blocked状态的线程。那请问：Waiting状态的线程在哪里？是在就绪队列里面吗？

请看状态与队列关系图【图2】：
（引自深入JVM锁机制1-synchronized）

根据我一贯不爱卖关子的风格，我告诉你答案：

1. 阻塞队列（Blocking Queue）里面存放Waiting和Timed Waiting状态的线程

2. Contention List：所有请求锁的线程将被首先放置到该竞争队列，Blocked状态线程在这里

3. Entry List：Contention List中那些有资格成为候选人的线程被移到Entry List，Runnable状态线程在这里

4. Owner线程在unlock时会从ContentionList中迁移线程到EntryList，并会指定EntryList中的某个线程（一般为Head）为Ready（OnDeck）线程。Owner线程并不是把锁传递给OnDeck线程，只是把竞争锁的权利交给OnDeck，OnDeck线程需要重新竞争锁。这样做虽然牺牲了一定的公平性，但极大的提高了整体吞吐量，在Hotspot中把OnDeck的选择行为称之为“竞争切换”。OnDeck线程获得锁后即变为owner线程，无法获得锁则会依然留在EntryList中，考虑到公平性，在EntryList中的位置不发生变化（依然在队头）。如果Owner线程被wait方法阻塞，则转移到WaitSet队列；如果在某个时刻被notify/notifyAll唤醒，则再次转移到EntryList。

注意：

     sleep方法调用后，该线程是处于Timed waiting状态，但是并不放弃该锁。

【参考《Java多线程编程核心技术》3.2.5节”方法join(long)与sleep(long)区别“，P184】

二、概念澄清

我曾就Java状态转换问题上网查过资料，发现有些帖子上会出现一些误区，在此一并澄清：

1. 线程细分有7种状态：New、Blocked、Waiting、Timed Waiting、Terminated、Runnable和Running。大体上，Runnable包括【图1】中的Ready；对于停滞状态，由于suspend与resume方法都是Java不建议使用的，所以其状态不在“正常“状态里

2. 要是帖子中提到“阻塞状态”，指的是Waiting、Timed Waiting以及停滞状态，而不是指Blocked

3. Blocked状态指的是线程想要获得锁，但是锁被其他线程占有，因此线程就变成等待获取锁的Blocked状态【参考《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》P340】；调用sleep进入的是Timed Waiting状态，而不是Blocked状态（这在“线程状态转换图”【图1】中就能看到）

三、与Blocked有关的事儿

现在再问一个问题：

如果在1个锁的阻塞队列中同时存在N个Blocked线程（N>1）,这时锁被释放了，应该是将这N个Blocked线程同时唤醒放入就绪队列，还是本次只唤醒1个Blocked线程放入就绪队列？

很遗憾地告诉大家，由于我没有找到相关资料，因此不能像上面给予确定的答案，可能不同版本的JVM有不同的实现。不过，我们可以通过推理得到较为合适的答案。当1个线程A通过start方法启动时，首先是进入Runnable状态，如果此时锁L被线程B占有，则A进入Blocked状态并进入Contention List。这里有个疑惑：

   为什么不把Blocked的线程放入Entry List？

为什么有这个疑惑。因为Blocked线程迟早要进入Entry List，而不像Waiting线程需要notify，干嘛不直接放入Entry List？原因就在于Entry List里面放的不仅是从Blocked转换为Runnable来的线程，同时可能有Waiting、Timed waiting以及停滞状态转换为Runnable的线程。你把Blocked线程直接扔到Entry List里，Contention List还有个毛用。通俗地说：

       Entry List不只是为你Blocked线程准备的

所以，本节开头的问题答案就出来了：为了保证公平起见，1次只唤醒1个Blocked线程放入Entry List。更何况被挂起的（如Blocked）线程被唤醒需要消耗不小的资源。【参考《Java并发编程实战》13.3节公平性，P233】

参考文献

chen77716：深入JVM锁机制1-synchronized
《Java多线程编程核心技术》
《Java并发编程实战》
《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》