摘要：

        本文系统介绍了Java线程同步机制和线程状态。synchronized锁通过Monitor管程实现，包含轻量级锁、锁膨胀和偏向锁等优化机制，详细阐述了加锁、锁竞争和锁升级过程。同时解析了wait方法的工作原理及其与sleep的区别。

        最后全面梳理了线程的七大状态（新建、就绪、运行、阻塞、等待、超时等待和终止）及其转换条件，完整呈现了线程的生命周期。全文从底层原理到应用场景，系统性地讲解了Java线程同步与状态管理的核心知识。

一，synchronized锁原理

1，工作原理

        synchronized锁的对象会关联到一个Monitor(管程)，该线程会占有这个Monitor的Owner属性，代表该线程拿到锁；若其他线程执行synchronized（同一对象）会根据锁对象找到管程，Owner不为null，所以会上下文切换到阻塞态并加入到队列中。

2，轻量级锁

（1）对一个对象加锁时，首先会在该线程函数调用的栈帧内创造一个锁记录，包含锁记录地址、锁标记（轻量级00，重量级10）和对象引用

（2）加锁时，交换锁记录的地址及标记行与对象的mark word，表示该对象已被加锁

（3）当该线程内其他方法调用再次对这个对象加锁（无锁竞争），检查对象头的mark word行发现标记为00代表已被上锁，通过锁记录引用找到记录为同一个线程内，进行锁重入，记录行为null，对象引用指向该对象。

3，锁膨胀

（1）当其他线程对该对象上锁（锁竞争），上锁必定失败，此时会发生锁膨胀

（2）该对象会被分配一个管程对象Monitor，mark word记录管程地址且标记变为10，Owner置为该对象引用，竞争线程阻塞并被放入EntryList中等待被唤醒

（3）自旋优化（多核）：当其他线程进行锁竞争失败时不会直接阻塞而是进行自旋重试，继续尝试获取锁；如果一段时间自旋都失败才会进入阻塞状态。

4，偏向锁

        开启偏向锁，markword的最后三位为101，其存储内容也会发生变化-->ThreadID和epoch

（1）调用偏向对象的hashcode时，会撤销偏向锁到不可偏向状态

（2）其他线程交错地对该对象上锁，偏向锁会升级到轻量级锁，解锁后会撤销到不可偏向状态

批量重偏向优化：当撤销偏向次数达到阈值20后，不再撤销偏向（损耗性能），而是批量地将线程id替换为另一个偏向的线程

二，wait基本原理

        wait是Object类的固有方法，调用时会使当前线程进入WaitSet集合中等待，常用于线程因为缺少某个条件暂时解锁等待的场景。

1，工作原理 

2，Wait和Sleep的区别

（1）sleep是Thread方法，wait是Object方法

（2）sleep不需要和synchronized配合使用，但wait需要和synchronized一起使用

（3）sleep在上锁时调用时不会释放锁对象，而wait在等待时会释放对象锁

（4）sleep和wait时线程的状态都是Timed_Waiting

三，线程的七大状态

1. 新建状态（New）

（1）定义：当线程对象被创建（如 new Thread()）但尚未调用 start() 方法时，线程处于新建状态。

（2）特点：此时线程尚未进入 JVM 的线程调度器，不占用 CPU 资源，仅存在于内存中。

（3）转换：调用 start() 方法后，线程进入就绪状态。

2. 就绪状态（Runnable）

（1）定义：线程调用 start() 方法后进入就绪状态（也称为 “可运行状态”）。此外，线程从阻塞状态或等待状态恢复后，也会先进入就绪状态。

（2）特点：线程已被 JVM 线程调度器管理，具备运行条件，但尚未获得 CPU 使用权（等待操作系统调度）。

（3）转换：当操作系统调度该线程时，线程进入运行状态。

3. 运行状态（Running）

（1）定义：线程获得 CPU 执行权，正在执行 run() 方法中的代码。

（2）特点：同一时刻，一个 CPU 核心只能运行一个线程（多核心 CPU 可并行运行多个线程）。

（3）转换：若线程的时间片用完或被更高优先级线程抢占，线程回到就绪状态。若线程执行了 sleep()、wait() 等方法，或尝试获取同步锁失败，进入等待状态 / 阻塞。若 run() 方法执行完毕或抛出未捕获异常，线程进入终止状态。

4. 阻塞状态（Blocked）

（1）定义：线程因等待获取同步锁（如进入 synchronized 代码块但未获得锁）而暂时停止运行。

（2）特点：线程不占用 CPU 资源，等待其他线程释放锁后才能继续竞争 CPU 执行权。

（3）转换：当线程成功获取同步锁后，进入就绪状态。

5. 等待状态（Waiting）

（1）定义：线程因调用无超时参数的等待方法而进入无限期等待状态，需被其他线程显式唤醒才能继续运行（wait()、sleep()、park()等）。

（2）特点：线程不占用 CPU 资源，且不会自动唤醒，必须依赖其他线程的操作。

（3）转换：被其他线程唤醒后，线程进入就绪状态。

6. 超时等待状态（Timed Waiting）

（1）定义：线程因调用带超时参数的等待方法而进入有限期等待状态，超时后会自动唤醒，或可被其他线程提前唤（sleep(long millis)、wait(long timeout)、parkNanos(long nanos)等）。

（2）特点：线程不占用 CPU 资源，但等待时间是有限的，无需其他线程唤醒也能自动恢复。

（3）转换：超时后或被提前唤醒后，线程进入就绪状态。

7. 终止状态（Terminated）

（1）定义：线程的 run() 方法执行完毕，或因未捕获异常导致线程终止，进入终止状态。

（2）特点：线程生命周期结束，无法再被调度或恢复到其他状态（即使调用 start() 方法也会抛出 IllegalThreadStateException）。

（3）触发原因：正常终止：run() 方法执行完成。异常终止：线程执行过程中抛出未捕获的异常（如 RuntimeException）。