文章目录
- 线程状态以及转换
- 1 基本状态
- 1.1 新建（New）
- 1.2 就绪（Ready / Runnable）
- 1.3 运行中（Running）
- 1.4 阻塞/等待（Blocked / Waiting / Sleeping）
- 1.5 挂起（Suspended）
- 1.6 终止（Terminated / Dead / Exit）
- 注意点
- 2 状态转换
- 2.1 C/C++ 线程状态转换图（基于 Linux/POSIX 和 `std::thread`）
- 2.2 状态转换说明
- 2.3 示例：多个状态的转换代码
- 3 调试
- 3.1 Linux 中线程/进程的典型状态码
- 3.2 深入 `/proc/[pid]/task/` 查看线程状态
- 3.3 状态之间的实际转换（C++ 映射）
- 3.5 调试技巧
- 总结：线程状态的决定者是谁？
线程状态以及转换
线程的基本状态通常用于描述线程在程序执行过程中的生命周期。
1 基本状态
1.1 新建（New）
- 说明：线程对象已经创建，但尚未启动。
- 示例（C++）：
std::thread t(myFunction);（如果尚未调用join()或detach()）
1.2 就绪（Ready / Runnable）
- 说明：线程已经准备好运行，但由于 CPU 正忙，暂时未被调度执行。
- 特征：已具备运行条件，等待调度。
1.3 运行中（Running）
- 说明：线程正在由 CPU 调度并执行任务。
- 特征：只有一个线程能在某一时刻占用一个 CPU 核心运行。
1.4 阻塞/等待（Blocked / Waiting / Sleeping）
-
说明：线程暂时无法继续运行，处于等待某些资源或事件状态。
-
常见原因：
- 等待锁（mutex）释放
- 等待条件变量（
std::condition_variable） - 调用了
sleep_for()/sleep_until() - 等待 I/O 操作完成
1.5 挂起（Suspended）
- 说明：线程被人为暂停，暂时不会被调度（某些系统中才存在，如 Windows）。
- 补充：这不是所有系统都显式支持的状态。
1.6 终止（Terminated / Dead / Exit）
-
说明：线程执行完任务或被强制终止，生命周期结束。
-
注意事项：
- 线程终止后不能被重启。
- C++ 中，必须在适当时机调用
join()或detach()，否则可能引发资源泄露。
注意点
std::thread构造后即启动，不能“延迟启动”。join()：主线程等待子线程执行完毕。detach()：子线程后台运行，主线程不再关心其状态。- 未调用
join()或detach()就析构std::thread，会导致程序崩溃。
2 状态转换
在 C/C++ 中，线程状态的转换并不像 Java 那样有统一的虚拟机控制模型，而是依赖于底层操作系统（如 Linux、Windows）调度机制。C++ 本身通过 std::thread 提供了对系统线程（如 POSIX Threads 或 Windows Threads）的封装，但不显式暴露线程状态。
结合操作系统线程模型，理解 C/C++ 中线程状态的转换路径。
2.1 C/C++ 线程状态转换图（基于 Linux/POSIX 和 std::thread）
简单版本
[New]
↓
[Ready] ↔ [Running] → [Terminated]
↑ ↓
[Blocked] ←---
+--------+ thread constructor
| New | --------------------------+
+--------+ |
| v
| +-------------+
| OS调度 | Runnable |
+----------------------> +-------------+
| |
v |
+--------------+ | 被抢占或 yield
| Running | <----+
+--------------+
|
+----------------------+------------------------------+
| | |
v v v
[Waiting on lock] [Waiting on cond_var] [sleep_for / sleep_until]
Blocked Waiting (CondVar) Sleeping
+ + +
| | |
+---------> 信号/条件满足/定时器超时 <---------------+
|
v
+--------------+
| Runnable |
+--------------+
|
v
+--------------+
| Running |
+--------------+
|
执行结束 or 异常
|
v
+--------------+
| Terminated |
+--------------+
Linux 实际版
+-------------+
| Running | <--------+
+-------------+ |
| ^ |
preempt schedule |
v | |
+-------------+ |
| Runnable | ---------+
+-------------+
|
+------+------+
| |
+-------+ +--------+
| Sleep | | Disk |
| (S) | | Sleep |
+-------+ | (D) |
| +--------+
| |
v v
+---------------------+
| Runnable |
+---------------------+
(via wakeup or I/O completion)
2.2 状态转换说明
| 状态名称 | 触发条件 | 示例代码 |
|---|---|---|
| New → Runnable | 创建线程对象 std::thread t(...) | std::thread t(myFunc); |
| Runnable → Running | 被操作系统调度 | 自动完成，无需显式操作 |
| Running → Blocked | 获取互斥锁失败（如 mutex.lock()） | std::unique_lock<std::mutex> lock(m); |
| Running → Waiting | 调用 condition_variable.wait() | cv.wait(lock); |
| Running → Sleeping | 调用 std::this_thread::sleep_for(...) | std::this_thread::sleep_for(1s); |
| Blocked/Waiting/Sleeping → Runnable | 条件满足/超时/锁释放 | 由 OS 处理，代码中不可见 |
| Running → Terminated | 线程函数返回/异常 | 函数结束或 return |
2.3 示例：多个状态的转换代码
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <chrono>
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;
void worker() {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
std::cout << "Worker: waiting...\n";
// Running → Waiting（挂起等待条件变量）
cv.wait(lock, [] { return ready; });
std::cout << "Worker: resumed and working...\n";
// Running → Sleeping
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
std::cout << "Worker: finished.\n";
// → Terminated
}
int main() {
std::thread t(worker);
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
ready = true;
std::cout << "Main: notifying worker...\n";
}
cv.notify_one();
t.join();
}
执行结果
Worker: waiting...
Main: notifying worker...
Worker: resumed and working...
Worker: finished.
3 调试
3.1 Linux 中线程/进程的典型状态码
运行命令如：
ps -o pid,tid,stat,comm -L -p <pid>
或者使用 top，会看到类似以下状态码：
例如输出：
PID TID STAT COMMAND
12345 12345 Ss my_program
12345 12346 Sl my_program
12345 12347 Rl my_program
12345 12348 S my_program
Ss：主线程，sleeping 且为 session leader。Sl：sleeping + 多线程（L）。Rl：runnable + 多线程（L）。S：普通 sleeping 线程。
| 状态码 | 含义 | 说明 |
|---|---|---|
R | Running / Runnable | 正在运行，或在运行队列中等待调度 |
S | Sleeping (Interruptible) | 可中断的睡眠，等待事件或条件，如 sleep()、read() |
D | Uninterruptible sleep | 不可中断的睡眠（通常为 IO），如等待磁盘或网络 |
T | Traced / Stopped | 被调试器暂停或收到 SIGSTOP 信号 |
Z | Zombie | 僵尸进程，子进程已终止但父进程未调用 wait() |
X | Dead | 非正常终止（很少见） |
3.2 深入 /proc/[pid]/task/ 查看线程状态
Linux 把每个线程当作一个任务（task），在 /proc/[pid]/task/ 下有所有线程的子目录：
ls /proc/<pid>/task/
然后可以查看每个线程状态：
cat /proc/<pid>/task/<tid>/status
输出中有一行：
State: S (sleeping)
其他可能值包括：
R (running)D (disk sleep)T (stopped)Z (zombie)
3.3 状态之间的实际转换（C++ 映射）
| Linux 状态 | 对应 C++ 场景 |
|---|---|
R (Runnable) | 正在执行或准备被调度，CPU 调度队列中 |
S (Sleeping) | std::this_thread::sleep_for、等待条件变量、I/O 等 |
D (Disk Sleep) | 被阻塞在磁盘或网络 I/O（不可中断） |
T (Stopped) | 被调试或 SIGSTOP 暂停 |
Z (Zombie) | 线程/进程退出但未被 join()/wait() |
3.5 调试技巧
htop可视化线程状态
htop
# F2 -> Display options -> Show custom thread names (如你设置了)
gdb附加调试线程状态
gdb -p <pid>
info threads
perf top查看哪些线程/函数在消耗 CPU
总结：线程状态的决定者是谁？
| 决定因素 | 状态 |
|---|---|
| 程序员代码 | 睡眠、等待、join 等显式操作 |
| 操作系统调度器 | Running / Runnable 切换、抢占等 |
| 锁竞争 | Blocked（mutex、spinlock） |
