线程和进程/阻塞和挂起以及那些sleep,wait()和notify()方法详解

线程与进程的阻塞

线程阻塞
线程在运行的过程中因为某些原因而发生阻塞，阻塞状态的线程的特点是：该线程放弃CPU的使用，暂停运行，只有等到导致阻塞的原因消除之后才回复运行，或者是被其他的线程中断，该线程也会退出阻塞状态，同时抛出InterruptedException。
进程阻塞
正在执行的进程由于发生某时间（如I/O请求、申请缓冲区失败等）暂时无法继续执行。此时引起进程调度，OS把处理机分配给另一个就绪进程，而让受阻进程处于暂停状态，一般将这种状态称为阻塞状态。

进程的挂起

挂起进程在操作系统中可以定义为暂时被淘汰出内存的进程，机器的资源是有限的，在资源不足的情况下，操作系统对在内存中的程序进行合理的安排，其中有的进程被暂时调离出内存，当条件允许的时候，会被操作系统再次调回内存，重新进入等待被执行的状态即就绪态，系统在超过一定的时间没有任何动作。
对于线程来说，挂起是没有的状态，因为进程的资源是线程共享的，所以进程的挂起就代表了线程的挂起

共同点：
1. 进程都暂停执行
2. 进程都释放CPU，即两个过程都会涉及上下文切换

不同点：
1. 对系统资源占用不同：虽然都释放了CPU，但阻塞的进程仍处于内存中，而挂起的进程通过“对换”技术被换出到外存（磁盘）中。
2. 发生时机不同：阻塞一般在进程等待资源（IO资源、信号量等）时发生；而挂起是由于用户和系统的需要，例如，终端用户需要暂停程序研究其执行情况或对其进行修改、OS为了提高内存利用率需要将暂时不能运行的进程（处于就绪或阻塞队列的进程）调出到磁盘
3. 恢复时机不同：阻塞要在等待的资源得到满足（例如获得了锁）后，才会进入就绪状态，等待被调度而执行；被挂起的进程由将其挂起的对象（如用户、系统）在时机符合时（调试结束、被调度进程选中需要重新执行）将其主动激活

7状态模型

7状态模型中，和阻塞，挂起相关的有三个概念，阻塞状态，阻塞挂起状态，就绪挂起状态。它们的关系如下图：
在这里插入图片描述

阻塞态：进程在内存中并等待一个事件。
阻塞/挂起态：进程在外存中并等待一个事件。
就绪/挂起态：进程在外存中，但是只要被载入内存就可以执行。

五状态到七状态模型增加了两个挂起状态的原因。
对于I/O密集型的进程，一个进程进入等待（阻塞）状态后，处理器会转向处理另一个就绪的进程，但是由于处理器处理的速度相比I/O要快的多，所以可能会出现所有进程都处于阻塞状态的情况。导致处理器的效率低下。一种解决办法是扩充内存适应更多的进程。
有以下缺点：
1.内存的价格
2.程序对内存空间需求的增长速度比内存价格下降的速度快。因此，更大的内存往往导致更大的进程，而不是更多的进程。

另一种解决方案是交换。包括把内存中某个进程的一部分或全部移到磁盘中。当内存中没有处于就绪状态的进程时，操作系统就把被阻塞的进程患处到磁盘中的”挂起队列“（suspend queue），即暂时保存从内存中”驱逐“出来的被挂器的进程队列。操作系统再次之后取出挂起队列中的另一个进程，或者接受一个新进程的请求，将其纳入内存运行。于是就产生了挂起这样一个状态。

睡眠状态没有在七状态模型中出现，其实它是阻塞或等待状态下的一种更细的分支。分支的依据是进程由运行状态进入阻塞状态的原因。睡眠是进程通过代理（自己或父进程）主动引起的进程调度，并且这种阻塞状态恢复到就绪状态的时间是确定的。而狭义上的阻塞可以理解为一个被动的动作。
关于睡眠，有一篇博客是这样解释的
当一个进程获取资源比如获取最普通的锁而失败后，可以有两种处理方式，
1、自己睡眠，触发调度；
2、忙等待，使用完自己的时间。所以从这里看，睡眠的确是一种主动的方式，且仅仅作为一种处理手段。当然睡眠不仅仅用于阻塞，更多的，我们可以在适当的时候设置让进程睡眠一定的时间，那么在这里，就可以发现，睡眠之前，我们已经预先规定了，你只能睡多长时间，这段时间过后，比必须返回来工作。

阻塞的原因

主要分为：线程中的阻塞、Socket客户端的阻塞、Socket服务器端的阻塞。

一般线程中的阻塞：

A、线程执行了Thread.sleep(int millsecond);方法，当前线程放弃CPU，睡眠一段时间，然后再恢复执行
B、线程执行一段同步代码，但是尚且无法获得相关的同步锁，只能进入阻塞状态，等到获取了同步锁，才能回复执行。
C、线程执行了一个对象的wait()方法，直接进入阻塞状态，等待其他线程执行notify()或者notifyAll()方法。
D、线程执行某些IO操作，因为等待相关的资源而进入了阻塞状态。比如说监听system.in，但是尚且没有收到键盘的输入，则进入阻塞状态。

Socket客户端的阻塞：

A、请求与服务器连接时，调用connect方法，进入阻塞状态，直至连接成功。
B、当从Socket输入流读取数据时，在读取足够的数据之前会进入阻塞状态。比如说通过BufferedReader类使用readLine()方法时，在没有读出一行数据之前，数据量就不算是足够，会处在阻塞状态下。
C、调用Socket的setSoLinger()方法关闭了Socket延迟，当执行Socket的close方法时，会进入阻塞状态，知道底层Socket发送完所有的剩余数据

Socket服务器的阻塞：

A、线程执行ServerSocket的accept()方法，等待客户的连接，直到接收到客户的连接，才从accept方法中返回一个Socket对象

B、从Socket输入流读取数据时，如果输入流没有足够的数据，就会进入阻塞状态

D、线程向Socket的输出流写入一批数据，可能进入阻塞状态

挂起的原因

（1）终端用户的请求。当终端用户在自己的程序运行期间发现有可疑问题时，希望暂停使自己的程序静止下来。亦即，使正在执行的进程暂停执行；若此时用户进程正处于就绪状态而未执行，则该进程暂不接受调度，以便用户研究其执行情况或对程序进行修改。我们把这种静止状态成为“挂起状态”。

（2）父进程的请求。有时父进程希望挂起自己的某个子进程，以便考察和修改子进程，或者协调各子进程间的活动。
（3）负荷调节的需要。当实时系统中的工作负荷较重，已可能影响到对实时任务的控制时，可由系统把一些不重要的进程挂起，以保证系统能正常运行。
（4）操作系统的需要。操作系统有时希望挂起某些进程，以便检查运行中的资源使用情况或进行记账。
（5）对换的需要。为了缓和内存紧张的情况，将内存中处于阻塞状态的进程换至外存上。

操作系统中睡眠、阻塞、挂起的区别形象解释：

 首先这些术语都是对于线程来说的。对线程的控制就好比你控制了一个雇工为你干活。你对雇工的控制是通过编程来实现的。

 挂起线程的意思就是你对主动对雇工说：“你睡觉去吧，用着你的时候我主动去叫你，然后接着干活”。

 使线程睡眠的意思就是你主动对雇工说：“你睡觉去吧，某时某刻过来报到，然后接着干活”。

 线程阻塞的意思就是，你突然发现，你的雇工不知道在什么时候没经过你允许，自己睡觉了，但是你不能怪雇工，因为本来你让雇工扫地，结果扫帚被偷了或被邻居家借去了，你又没让雇工继续干别的活，他就只好睡觉了。至于扫帚回来后，雇工会不会知道，会不会继续干活，你不用担心，雇工一旦发现扫帚回来了，他就会自己去干活的。因为雇工受过良好的培训。这个培训机构就是操作系统。

线程栈状态

线程栈状态有如下几种：

1、NEW

2、RUNNABLE

3、BLOCKED

4、WAITING

5、TIMED_WAITING

6、TERMINATED

1、NEW

线程刚刚被创建，也就是已经new过了，但是还没有调用start()方法，这个状态我们使用jstack进行线程栈dump的时候基本看不到，因为是线程刚创建时候的状态。

2、RUNNABLE
从虚拟机的角度看，线程正在运行状态，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。
处于RUNNABLE状态的线程是不是一定会消耗cpu呢，不一定，像socket IO操作，线程正在从网络上读取数据，尽管线程状态RUNNABLE，但实际上网络io，线程绝大多数时间是被挂起的，只有当数据到达后，线程才会被唤起，挂起发生在本地代码（native）中，虚拟机根本不一致，不像显式的调用sleep和wait方法，虚拟机才能知道线程的真正状态，但在本地代码中的挂起，虚拟机无法知道真正的线程状态，因此一概显示为RUNNABLE。
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3、BLOCKED

线程处于阻塞状态，正在等待一个monitor lock。通常情况下，是因为本线程与其他线程公用了一个锁。其他在线程正在使用这个锁进入某个synchronized同步方法块或者方法，而本线程进入这个同步代码块也需要这个锁，最终导致本线程处于阻塞状态。
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4、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，处于waiting状态的线程基本不消耗CPU。

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5、TIMED_WAITING

该线程正在等待，通过使用了 sleep, wait, join 或者是 park 方法。（这个与 WAITING 不同是通过方法参数指定了最大等待时间，WAITING 可以通过时间或者是外部的变化解除），线程等待指定的时间。

sleep和wait的区别

对于sleep()方法，我们首先要知道该方法是属于Thread类中的。
而wait()方法，则是属于Object类中的。

sleep()方法导致了程序暂停执行指定的时间，让出cpu该其他线程，但是他的监控状态依然保持者，当指定的时间到了又会自动恢复运行状态。在调用sleep()方法的过程中，线程不会释放对象锁。这点很重要，要区别线程持有锁和让出cpu的区别

而当调用wait()方法的时候，线程会放弃对象锁，进入等待此对象的等待锁定池，只有针对此对象调用notify()方法后本线程才进入对象锁定池准备

从使用角度看，sleep是Thread线程类的方法，而wait是Object顶级类的方法。

sleep可以在任何地方使用，而wait只能在同步方法或者同步块中使用。

CPU及资源锁释放

sleep,wait调用后都会暂停当前线程并让出cpu的执行时间，但不同的是sleep不会释放当前持有的对象的锁资源，到时间后会继续执行，而wait会放弃所有锁并需要notify/notifyAll后重新获取到对象锁资源后才能继续执行。

sleep和wait的区别：

1、sleep是Thread的静态方法，wait是Object的方法，任何对象实例都能调用。
2、sleep不会释放锁，它也不需要占用锁。wait会释放锁，但调用它的前提是当前线程占有锁(即代码要在synchronized中)。
3、它们都可以被interrupted方法中断。

具体来说：

Thread.Sleep(1000) 意思是在未来的1000毫秒内本线程不参与CPU竞争，1000毫秒过去之后，这时候也许另外一个线程正在使用CPU，那么这时候操作系统是不会重新分配CPU的，直到那个线程挂起或结束，即使这个时候恰巧轮到操作系统进行CPU 分配，那么当前线程也不一定就是总优先级最高的那个，CPU还是可能被其他线程抢占去。另外值得一提的是Thread.Sleep(0)的作用，就是触发操作系统立刻重新进行一次CPU竞争，竞争的结果也许是当前线程仍然获得CPU控制权，也许会换成别的线程获得CPU控制权。

wait(1000)表示将锁释放1000毫秒，到时间后如果锁没有被其他线程占用，则再次得到锁，然后wait方法结束，执行后面的代码，如果锁被其他线程占用，则等待其他线程释放锁。注意，设置了超时时间的wait方法一旦过了超时时间，并不需要其他线程执行notify也能自动解除阻塞，但是如果没设置超时时间的wait方法必须等待其他线程执行notify。
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wait()和notify()的底层详解

Java多线程开发中，我们常用到wait()和notify()方法来实现线程间的协作，简单的说步骤如下：

1、A线程取得锁，执行wait()，释放锁;
2、B线程取得锁，完成业务后执行notify()，再释放锁;
3、B线程释放锁之后，A线程取得锁，继续执行wait()之后的代码；

关于synchronize修饰的代码块
通常，对于synchronize(lock){…}这样的代码块，编译后会生成monitorenter和monitorexit指令，线程执行到monitorenter指令时会