java中的线程为何会出现堵塞状态

作者:课课家教育更新于： 2016-02-22 14:21:24

　　堵塞状态是前述四种状态中最有趣的，值得我们作进一步的探讨。线程被堵塞可能是由下述五方面的原因造成的：

　　(1) 调用sleep(毫秒数)，使线程进入“睡眠”状态。在规定的时间内，这个线程是不会运行的。

　　(2) 用suspend()暂停了线程的执行。除非线程收到resume()消息，否则不会返回“可运行”状态。

　　(3) 用wait()暂停了线程的执行。除非线程收到nofify()或者notifyAll()消息，否则不会变成“可运行”(是的，这看起来同原因2非常相象，但有一个明显的区别是我们马上要揭示的)。

　　(4) 线程正在等候一些IO(输入输出)操作完成。

　　(5) 线程试图调用另一个对象的“同步”方法，但那个对象处于锁定状态，暂时无法使用。

　　亦可调用yield()(Thread类的一个方法)自动放弃CPU，以便其他线程能够运行。然而，假如调度机制觉得我们的线程已拥有足够的时间，并跳转到另一个线程，就会发生同样的事情。也就是说，没有什么能防止调度机制重新启动我们的线程。线程被堵塞后，便有一些原因造成它不能继续运行。

　　下面这个例子展示了进入堵塞状态的全部五种途径。它们全都存在于名为Blocking.java的一个文件中，但在这儿采用散落的片断进行解释(大家可注意到片断前后的“Continued”以及“Continuing”标志，可将这些片断连结到一起)。首先让我们看看基本的框架：

　　//: Blocking.java

　　// Demonstrates the various ways a thread

　　// can be blocked.

　　import java.awt.*;

　　import java.awt.event.*;

　　import java.applet.*;

　　import java.io.*;

　　//////////// The basic framework ///////////

　　class Blockable extends Thread {

　　private Peeker peeker;

　　protected TextField state = new TextField(40);

　　protected int i;

　　public Blockable(Container c) {

　　c.add(state);

　　peeker = new Peeker(this, c);

　　}

　　public synchronized int read() { return i; }

　　protected synchronized void update() {

　　state.setText(getClass().getName()

　　+ " state: i = " + i);

　　}

　　public void stopPeeker() {

　　// peeker.stop(); Deprecated in Java 1.2

　　peeker.terminate(); // The preferred approach

　　}

　　}

　　class Peeker extends Thread {

　　private Blockable b;

　　private int session;

　　private TextField status = new TextField(40);

　　private boolean stop = false;

　　public Peeker(Blockable b, Container c) {

　　c.add(status);

　　this.b = b;

　　start();

　　}

　　public void terminate() { stop = true; }

　　public void run() {

　　while (!stop) {

　　status.setText(b.getClass().getName()

　　+ " Peeker " + (++session)

　　+ "; value = " + b.read());

　　try {

　　sleep(100);

　　} catch (InterruptedException e){}

　　}

　　}

　　} ///:Continued

　　Blockable类打算成为本例所有类的一个基础类。一个Blockable对象包含了一个名为state的TextField(文本字段)，用于显示出对象有关的信息。用于显示这些信息的方法叫作update()。我们发现它用getClass.getName()来产生类名，而不是仅仅把它打印出来;这是由于update(0不知道自己为其调用的那个类的准确名字，因为那个类是从Blockable衍生出来的。

　　在Blockable中，变动指示符是一个int i;衍生类的run()方法会为其增值。

　　针对每个Bloackable对象，都会启动Peeker类的一个线程。Peeker的任务是调用read()方法，检查与自己关联的Blockable对象，看看i是否发生了变化，最后用它的status文本字段报告检查结果。注意read()和update()都是同步的，要求对象的锁定能自由解除，这一点非常重要。

　　1. 睡眠

　　这个程序的第一项测试是用sleep()作出的：

　　///:Continuing

　　///////////// Blocking via sleep() ///////////

　　class Sleeper1 extends Blockable {

　　public Sleeper1(Container c) { super(c); }

　　public synchronized void run() {

　　while(true) {

　　i++;

　　update();

　　try {

　　sleep(1000);

　　} catch (InterruptedException e){}

　　}

　　}

　　}

　　class Sleeper2 extends Blockable {

　　public Sleeper2(Container c) { super(c); }

　　public void run() {

　　while(true) {

　　change();

　　try {

　　sleep(1000);

　　} catch (InterruptedException e){}

　　}

　　}

　　public synchronized void change() {

　　i++;

　　update();

　　}

　　} ///:Continued

　　在Sleeper1中，整个run()方法都是同步的。我们可看到与这个对象关联在一起的Peeker可以正常运行，直到我们启动线程为止，随后Peeker便会完全停止。这正是“堵塞”的一种形式：因为Sleeper1.run()是同步的，而且一旦线程启动，它就肯定在run()内部，方法永远不会放弃对象锁定，造成Peeker线程的堵塞。

　　Sleeper2通过设置不同步的运行，提供了一种解决方案。只有change()方法才是同步的，所以尽管run()位于sleep()内部，Peeker仍然能访问自己需要的同步方法——read()。在这里，我们可看到在启动了Sleeper2线程以后，Peeker会持续运行下去。

　　2. 暂停和恢复

　　这个例子接下来的一部分引入了“挂起”或者“暂停”(Suspend)的概述。Thread类提供了一个名为suspend()的方法，可临时中止线程;以及一个名为resume()的方法，用于从暂停处开始恢复线程的执行。显然，我们可以推断出resume()是由暂停线程外部的某个线程调用的。在这种情况下，需要用到一个名为Resumer(恢复器)的独立类。演示暂停/恢复过程的每个类都有一个相关的恢复器。如下所示：

　　///:Continuing

　　/////////// Blocking via suspend() ///////////

　　class SuspendResume extends Blockable {

　　public SuspendResume(Container c) {

　　super(c);

　　new Resumer(this);

　　}

　　}

　　class SuspendResume1 extends SuspendResume {

　　public SuspendResume1(Container c) { super(c);}

　　public synchronized void run() {

　　while(true) {

　　i++;

　　update();

　　suspend(); // Deprecated in Java 1.2

　　}

　　}

　　}

　　class SuspendResume2 extends SuspendResume {

　　public SuspendResume2(Container c) { super(c);}

　　public void run() {

　　while(true) {

　　change();

　　suspend(); // Deprecated in Java 1.2

　　}

　　}

　　public synchronized void change() {

　　i++;

　　update();

　　}

　　}

　　class Resumer extends Thread {

　　private SuspendResume sr;

　　public Resumer(SuspendResume sr) {

　　this.sr = sr;

　　start();

　　}

　　public void run() {

　　while(true) {

　　try {

　　sleep(1000);

　　} catch (InterruptedException e){}

　　sr.resume(); // Deprecated in Java 1.2

　　}

　　}

　　} ///:Continued

　　SuspendResume1也提供了一个同步的run()方法。同样地，当我们启动这个线程以后，就会发现与它关联的Peeker进入“堵塞”状态，等候对象锁被释放，但那永远不会发生。和往常一样，这个问题在SuspendResume2里得到了解决，它并不同步整个run()方法，而是采用了一个单独的同步change()方法。

　　对于Java 1.2，大家应注意suspend()和resume()已获得强烈反对，因为suspend()包含了对象锁，所以极易出现“死锁”现象。换言之，很容易就会看到许多被锁住的对象在傻乎乎地等待对方。这会造成整个应用程序的“凝固”。尽管在一些老程序中还能看到它们的踪迹，但在你写自己的程序时，无论如何都应避免。本章稍后就会讲述正确的方案是什么。

　　3. 等待和通知

　　通过前两个例子的实践，我们知道无论sleep()还是suspend()都不会在自己被调用的时候解除锁定。需要用到对象锁时，请务必注意这个问题。在另一方面，wait()方法在被调用时却会解除锁定，这意味着可在执行wait()期间调用线程对象中的其他同步方法。但在接着的两个类中，我们看到run()方法都是“同步”的。在wait()期间，Peeker仍然拥有对同步方法的完全访问权限。这是由于wait()在挂起内部调用的方法时，会解除对象的锁定。

　　我们也可以看到wait()的两种形式。第一种形式采用一个以毫秒为单位的参数，它具有与sleep()中相同的含义：暂停这一段规定时间。区别在于在wait()中，对象锁已被解除，而且能够自由地退出wait()，因为一个notify()可强行使时间流逝。

　　第二种形式不采用任何参数，这意味着wait()会持续执行，直到notify()介入为止。而且在一段时间以后，不会自行中止。

　　wait()和notify()比较特别的一个地方是这两个方法都属于基础类Object的一部分，不象sleep()，suspend()以及resume()那样属于Thread的一部分。尽管这表面看有点儿奇怪——居然让专门进行线程处理的东西成为通用基础类的一部分——但仔细想想又会释然，因为它们操纵的对象锁也属于每个对象的一部分。因此，我们可将一个wait()置入任何同步方法内部，无论在那个类里是否准备进行涉及线程的处理。事实上，我们能调用wait()的唯一地方是在一个同步的方法或代码块内部。若在一个不同步的方法内调用wait()或者notify()，尽管程序仍然会编译，但在运行它的时候，就会得到一个IllegalMonitorStateException(非法监视器状态违例)，而且会出现多少有点莫名其妙的一条消息：“current thread not owner”(当前线程不是所有人”。注意sleep()，suspend()以及resume()都能在不同步的方法内调用，因为它们不需要对锁定进行操作。

　　只能为自己的锁定调用wait()和notify()。同样地，仍然可以编译那些试图使用错误锁定的代码，但和往常一样会产生同样的IllegalMonitorStateException违例。我们没办法用其他人的对象锁来愚弄系统，但可要求另一个对象执行相应的操作，对它自己的锁进行操作。所以一种做法是创建一个同步方法，令其为自己的对象调用notify()。但在Notifier中，我们会看到一个同步方法内部的notify()：

　　synchronized(wn2) {

　　wn2.notify();

　　}

　　其中，wn2是类型为WaitNotify2的对象。尽管并不属于WaitNotify2的一部分，这个方法仍然获得了wn2对象的锁定。在这个时候，它为wn2调用notify()是合法的，不会得到IllegalMonitorStateException违例。

　　///:Continuing

　　/////////// Blocking via wait() ///////////

　　class WaitNotify1 extends Blockable {

　　public WaitNotify1(Container c) { super(c); }

　　public synchronized void run() {

　　while(true) {

　　i++;

　　update();

　　try {

　　wait(1000);

　　} catch (InterruptedException e){}

　　}

　　}

　　}

　　class WaitNotify2 extends Blockable {

　　public WaitNotify2(Container c) {

　　super(c);

　　new Notifier(this);

　　}

　　public synchronized void run() {

　　while(true) {

　　i++;

　　update();

　　try {

　　wait();

　　} catch (InterruptedException e){}

　　}

　　}

　　}

　　class Notifier extends Thread {

　　private WaitNotify2 wn2;

　　public Notifier(WaitNotify2 wn2) {

　　this.wn2 = wn2;

　　start();

　　}

　　public void run() {

　　while(true) {

　　try {

　　sleep(2000);

　　} catch (InterruptedException e){}

　　synchronized(wn2) {

　　wn2.notify();

　　}

　　}

　　}

　　} ///:Continued

　　若必须等候其他某些条件(从线程外部加以控制)发生变化，同时又不想在线程内一直傻乎乎地等下去，一般就需要用到wait()。wait()允许我们将线程置入“睡眠”状态，同时又“积极”地等待条件发生改变。而且只有在一个notify()或notifyAll()发生变化的时候，线程才会被唤醒，并检查条件是否有变。因此，我们认为它提供了在线程间进行同步的一种手段。

　　4. IO堵塞

　　若一个数据流必须等候一些IO活动，便会自动进入“堵塞”状态。在本例下面列出的部分中，有两个类协同通用的Reader以及Writer对象工作(使用Java 1.1的流)。但在测试模型中，会设置一个管道化的数据流，使两个线程相互间能安全地传递数据(这正是使用管道流的目的)。

　　Sender将数据置入Writer，并“睡眠”随机长短的时间。然而，Receiver本身并没有包括sleep()，suspend()或者wait()方法。但在执行read()的时候，如果没有数据存在，它会自动进入“堵塞”状态。如下所示：

　　///:Continuing

　　class Sender extends Blockable { // send

　　private Writer out;

　　public Sender(Container c, Writer out) {

　　super(c);

　　this.out = out;

　　}

　　public void run() {

　　while(true) {

　　for(char c = 'A'; c <= 'z'; C++) {

　　try {

　　i++;

　　out.write(c);

　　state.setText("Sender sent: "

　　+ (char)c);

　　sleep((int)(3000 * Math.random()));

　　} catch (InterruptedException e){}

　　catch (IOException e) {}

　　}

　　}

　　}

　　}

　　class Receiver extends Blockable {

　　private Reader in;

　　public Receiver(Container c, Reader in) {

　　super(c);

　　this.in = in;

　　}

　　public void run() {

　　try {

　　while(true) {

　　i++; // Show peeker it's alive

　　// Blocks until characters are there:

　　state.setText("Receiver read: "

　　+ (char)in.read());

　　}

　　} catch(IOException e) { e.printStackTrace();}

　　}

　　} ///:Continued

　　这两个类也将信息送入自己的state字段，并修改i值，使Peeker知道线程仍在运行。

　　5. 测试

　　令人惊讶的是，主要的程序片(Applet)类非常简单，这是大多数工作都已置入Blockable框架的缘故。大概地说，我们创建了一个由Blockable对象构成的数组。而且由于每个对象都是一个线程，所以在按下“start”按钮后，它们会采取自己的行动。还有另一个按钮和actionPerformed()从句，用于中止所有Peeker对象。由于Java 1.2“反对”使用Thread的stop()方法，所以可考虑采用这种折衷形式的中止方式。

　　为了在Sender和Receiver之间建立一个连接，我们创建了一个PipedWriter和一个PipedReader。注意PipedReader in必须通过一个构建器参数同PipedWriterout连接起来。在那以后，我们在out内放进去的所有东西都可从in中提取出来——似乎那些东西是通过一个“管道”传输过去的。随后将in和out对象分别传递给Receiver和Sender构建器;后者将它们当作任意类型的Reader和Writer看待(也就是说，它们被“上溯”造型了)。

　　Blockable句柄b的数组在定义之初并未得到初始化，因为管道化的数据流是不可在定义前设置好的(对try块的需要将成为障碍)：

　　///:Continuing

　　/////////// Testing Everything ///////////

　　public class Blocking extends Applet {

　　private Button

　　start = new Button("Start"),

　　stopPeekers = new Button("Stop Peekers");

　　private boolean started = false;

　　private Blockable[] b;

　　private PipedWriter out;

　　private PipedReader in;

　　public void init() {

　　out = new PipedWriter();

　　try {

　　in = new PipedReader(out);

　　} catch(IOException e) {}

　　b = new Blockable[] {

　　new Sleeper1(this),

　　new Sleeper2(this),

　　new SuspendResume1(this),

　　new SuspendResume2(this),

　　new WaitNotify1(this),

　　new WaitNotify2(this),

　　new Sender(this, out),

　　new Receiver(this, in)

　　};

　　start.addActionListener(new StartL());

　　add(start);

　　stopPeekers.addActionListener(

　　new StopPeekersL());

　　add(stopPeekers);

　　}

　　class StartL implements ActionListener {

　　public void actionPerformed(ActionEvent e) {

　　if(!started) {

　　started = true;

　　for(int i = 0; i < b.length; i++)

　　b[i].start();

　　}

　　}

　　}

　　class StopPeekersL implements ActionListener {

　　public void actionPerformed(ActionEvent e) {

　　// Demonstration of the preferred

　　// alternative to Thread.stop():

　　for(int i = 0; i < b.length; i++)

　　b[i].stopPeeker();

　　}

　　}

　　public static void main(String[] args) {

　　Blocking applet = new Blocking();

　　Frame aFrame = new Frame("Blocking");

　　aFrame.addwindowListener(

　　new WindowAdapter() {

　　public void windowClosing(WindowEvent e) {

　　System.exit(0);

　　}

　　});

　　aFrame.add(applet, BorderLayout.CENTER);

　　aFrame.setSize(350,550);

　　applet.init();

　　applet.start();

　　aFrame.setVisible(true);

　　}

　　} ///:~

　　在init()中，注意循环会遍历整个数组，并为页添加state和peeker.status文本字段。

　　首次创建好Blockable线程以后，每个这样的线程都会自动创建并启动自己的Peeker。所以我们会看到各个Peeker都在Blockable线程启动之前运行起来。这一点非常重要，因为在Blockable线程启动的时候，部分Peeker会被堵塞，并停止运行。弄懂这一点，将有助于我们加深对“堵塞”这一概念的认识。