Java 线程状态之 BLOCKED

在 上一篇章 中, 我们强调了 BLOCKED 状态跟 I/O 的阻塞是不同的, 它不是一般意义上的阻塞, 而是特指被 synchronized 块阻塞, 即是跟线程同步有关的一个状态.

BLOCKED 状态的定义

前面 已经说过 BLOCKED(阻塞) 的简单定义为:

一个正在阻塞等待一个监视器锁的线程处于这一状态. (A thread that is blocked waiting for a monitor lock is in this state.)

更加详细的定义可以参考 Thread.State 中的 javadoc:

/**
 * Thread state for a thread blocked waiting for a monitor lock.
 * A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock
 * to enter a synchronized block/method or
 * reenter a synchronized block/method after calling
 * {@link Object#wait() Object.wait}.
 */
BLOCKED,

这句话很长, 可以拆成两个简单句来理解.

1. A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock to enter a synchronized block/method.

   一个处于 blocked 状态的线程正在等待一个监视器锁以进入一个同步的块或方法.

2. A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock to reenter a synchronized block/method after calling Object.wait.

   一个处于 blocked 状态的线程正在等待一个监视器锁, 在其调用 Object.wait 方法之后, 以再次进入一个同步的块或方法.

进入（enter）同步块时阻塞

先说第一句, 这个比较好理解. 监视器锁用于同步访问, 以达到多线程间的互斥. 所以一旦一个线程获取锁进入同步块, 在其出来之前, 如果其它线程想进入, 就会因为获取不到锁而阻塞在同步块之外, 这时的状态就是 BLOCKED.

注: 这一状态的进入及解除都不受我们控制, 当锁可用时, 线程即从阻塞状态中恢复.

我们可以用一些代码来演示这一过程:

@Test
public void testBlocked() throws Exception {
    class Counter {
        int counter;
        public synchronized void increase() {
            counter++;
            try {
                Thread.sleep(30000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
    
    Counter c = new Counter();
    
    Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
            c.increase();
        }
    }, "t1线程");
    t1.start();
    
    Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
            c.increase();
        }
    }, "t2线程");
    t2.start();
    
    Thread.sleep(100); // 确保 t2 run已经得到执行
    assertThat(t2.getState()).isEqualTo(Thread.State.BLOCKED);
}

以上定义了一个访问计数器 counter, 有一个同步的 increase 方法.

t1 线程先进入, 然后在同步块里面睡觉, 导致锁迟迟无法释放, t2 尝试执行同步方法时就因无法获取锁而被阻塞了.

VisualVM 监控显示了 t2 线程的状态:

图上的"监视（monitor）"状态即为 BLOCKED 状态.

可以看到在 t1睡眠期间 t2处于 BLOCKED 状态.

BLOCKED 状态可以视作是一种特殊的 WAITING, 特指等待锁.

wait 之后重进入（reenter）同步块时阻塞

现在再次来看第二句: 2. A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock to reenter a synchronized block/method after calling Object.wait.

一个处于 blocked 状态的线程正在等待一个监视器锁, 在其调用 Object.wait 方法之后, 以再次进入一个同步的块或方法.

这句话有点绕, 也不好翻译成一句简洁的中文. 如果没有对 wait 的相关背景有较好的理解, 则不容易理解这句话. 我们在此把它稍微展开讲一下. 既然是 reenter, 说明有两次 enter, 这个过程是这样的:

1. 调用 wait 方法必须在同步块中, 即是要先获取锁并进入同步块, 这是第一次 enter.
2. 而调用 wait 之后则会释放该锁, 并进入此锁的等待队列（wait set）中.
3. 当收到其它线程的 notify 或 notifyAll 通知之后, 等待线程并不能立即恢复执行, 因为停止的地方是在同步块内, 而锁已经释放了, 所以它要重新获取锁才能**再次进入（reenter）**同步块, 然后从上次 wait 的地方恢复执行. 这是第二次 enter, 所以叫 reenter.
4. 但锁并不会优先给它, 该线程还是要与其它线程去竞争锁, 这一过程跟 enter 的过程其实是一样的, 因此也可能因为锁已经被其它线程据有而导致 BLOCKED.

这一过程就是所谓的 reenter a synchronized block/method after calling Object.wait.

关于这一点, 因为也涉及到了 WAITING 的状态, 可结合下一篇 Java 线程状态之 WAITING 一起来理解, 在那里还增加了一些动画的演示来辅助理解.

我们也用一段代码来演示这一过程:

@Test
public void testReenterBlocked() throws Exception {
    class Account {
        int amount = 100; // 账户初始100元
        public synchronized void deposit(int cash) { // 存钱
            amount += cash;
            notify();
            try {
                Thread.sleep(30000); // 通知后却暂时不退出
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        public synchronized void withdraw(int cash) { // 取钱
            while (cash > amount) {
                try {
                    wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            amount -= cash;
        }
    }
    Account account = new Account();
    
    Thread withdrawThread = new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
            account.withdraw(200);
        }
    }, "取钱线程");
    withdrawThread.start();
    
    Thread.sleep(100); // 确保取钱线程已经得到执行
    
    assertThat(withdrawThread.getState()).isEqualTo(Thread.State.WAITING);
    
    Thread depositThread = new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
            account.deposit(100);
        }
    }, "存钱线程");
    Thread.sleep(10000); // 让取钱线程等待一段时间
    depositThread.start();

    Thread.sleep(300); // 确保取钱线程已经被存钱线程所通知到

    assertThat(withdrawThread.getState()).isEqualTo(Thread.State.BLOCKED);
}

简要介绍一下以上代码场景:

1. 有一个账户对象, 有存钱（deposit）和取钱（withdraw）方法, 初始金额100元.
2. 取钱线程先启动, 并进入（enter）同步块, 试图取 200 元, 发现钱不够, 调用 wait, 锁释放, 线程挂起（WAITING 状态）.
3. 10 秒后存钱线程启动, 存入钱并通知（notify）取钱线程, 但之后继续在同步块中睡眠, 导致锁没有释放.
4. 取钱线程收到通知后, 退出 WAITING 状态, 但已经不持有锁, 当试图重新进入（reenter）同步块以恢复执行时, 因锁尚未被存钱线程释放, 于是被阻塞（BLOCKED 状态）.

监控的显示:

如图, 取钱线程先是 WAITING, 在收到通知因无法获取锁而阻塞（BLOCKED）.

总结

综合来看这两句话, 两层意思, 其实还是一个意思, 简单地讲, 就是 enter, reenter 也还是 enter, 概括地讲:

当因为获取不到锁而无法进入同步块时, 线程处于 BLOCKED 状态.

如果有线程长时间处于 BLOCKED 状态, 要考虑是否发生了死锁（deadlock）的状况.

BLOCKED 状态可以视作为一种特殊的 waiting, 是传统 waiting 状态的一个细分:

由于还没有讲到 WAITING 状态, 而这里有涉及到了 wait 方法, 所以上面对 wait 也稍微做了些分析, 在下一章节, 会更加详细的分析 WAITING 和 TIMED_WAITING 这两个状态.