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等待状态和阻塞状态的差异

约 1038 字大约 3 分钟

多线程与并发美团

2025-03-26

⭐ 题目日期：

美团 - 2024/12/23

📝 题解：

在操作系统中，线程或进程的状态管理是理解并发和资源调度的核心。**等待状态（Waiting）和阻塞状态（Blocked）**虽然都表示线程或进程暂时无法执行，但它们的触发条件、行为及底层机制存在显著差异。以下是两者的详细对比：

1. 定义与触发条件

状态触发条件典型场景
阻塞状态线程因外部资源不可用（如I/O未完成、锁被占用等）而暂停执行。- 尝试获取已被其他线程持有的锁（如synchronized）。
- 等待磁盘I/O完成。
等待状态线程主动放弃CPU并等待某个事件触发（如条件变量、定时唤醒或信号通知）。- 调用Object.wait()等待通知。
- 调用Thread.join()等待其他线程结束。

2. 核心差异

维度阻塞状态（Blocked）等待状态（Waiting）
触发方式被动：由系统或外部资源限制导致。主动：通过代码显式触发（如调用wait()或join()）。
恢复条件等待的资源变为可用（如锁释放、I/O完成）。等待的事件被触发（如收到notify()信号、超时或线程终止）。
状态转换由操作系统内核管理，自动恢复。需依赖其他线程的协作（如调用notify()）或超时机制。
在Java中的体现线程处于BLOCKED状态（如竞争锁失败）。线程处于WAITING或TIMED_WAITING状态（如调用wait()）。

3. 底层机制

(1) 阻塞状态（Blocked）

  • 资源竞争：线程因无法获取共享资源（如锁、I/O设备）被挂起。
  • 内核介入：由操作系统调度器管理，资源可用时自动唤醒线程。
  • 示例：
    // 线程A持有锁，线程B尝试获取锁时被阻塞（BLOCKED）
synchronized (lock) {
    // 临界区代码
}

(2) 等待状态（Waiting）

  • 条件等待：线程主动进入等待，直到特定条件满足（如数据就绪、任务完成）。
  • 协作唤醒：需其他线程显式唤醒（如notify()）或等待超时。
  • 示例：
    // 线程调用wait()进入等待状态（WAITING）
synchronized (lock) {
    while (!condition) {
        lock.wait(); // 释放锁并等待
    }
    // 条件满足后继续执行
}

4. Java线程状态模型

Java明确区分了阻塞和等待状态（通过Thread.State枚举）：

  • BLOCKED：线程因竞争锁失败而阻塞（如进入synchronized块时锁被占用）。
  • WAITING：线程因调用无超时的wait()、join()等方法进入无限期等待。
  • TIMED_WAITING：线程因调用带超时的sleep()、wait(timeout)等方法进入限期等待。

5. 状态转换流程

        +------------------------+    获取锁失败          +---------------------+
        |       RUNNABLE         | -------------------> |      BLOCKED        |
        +------------------------+                      +---------------------+
               |      ^                                         |
               |      | 锁可用                                  |
               |      +-----------------------------------------+
               |
               | 调用wait()/join()/park()
               v
        +------------------------+    超时或唤醒          +---------------------+
        |      WAITING          | -------------------> |      RUNNABLE        |
        | 或 TIMED_WAITING      | <-------------------  +---------------------+
        +------------------------+    调用sleep(timeout)

6. 关键问题与示例

(1) 阻塞状态的问题

  • 死锁风险：多个线程互相持有对方所需资源，导致永久阻塞。
    // 线程A持有锁1，请求锁2；线程B持有锁2，请求锁1
synchronized (lock1) {
    synchronized (lock2) { ... } // 死锁
}

(2) 等待状态的问题

  • 无限等待：若未正确唤醒，线程可能永远挂起。
    synchronized (lock) {
    lock.wait(); // 若没有其他线程调用lock.notify()，将永久等待
}

总结

特性阻塞状态（Blocked）等待状态（Waiting）
触发原因被动等待外部资源（如锁、I/O）。主动等待事件触发（如条件变量、超时）。
恢复方式资源可用时由系统自动唤醒。需其他线程显式唤醒或超时。
协作性无依赖其他线程的协作。依赖其他线程的协作（如notify()）。
设计意义处理资源竞争问题（同步互斥）。实现线程间协调（生产者-消费者、任务依赖）。

实践建议

  1. 避免长时间阻塞：使用非阻塞I/O或超时机制（如tryLock()）。
  2. 谨慎使用等待：确保唤醒逻辑完备，避免无限等待。
  3. 优先使用高层工具：如java.util.concurrent包中的Condition、CountDownLatch等，简化线程协作。