操作系统学习笔记——[特殊字符]超详细 | 如何唤醒被阻塞的 socket 线程？线程阻塞原理、线程池、fork/vfork彻底讲明白！

一、什么是阻塞？为什么线程会阻塞？

线程阻塞是一种等待某个事件发生的状态。比如等待 I/O 完成、锁释放、条件满足、子线程结束等。

常见导致线程阻塞的情况有：

阻塞方式	常见场景	唤醒方式
Thread.sleep(ms)	让出 CPU 一段时间	时间到了自动唤醒
Object.wait()	等待被 notify()	被 notify() / notifyAll() 唤醒
Thread.join()	主线程等待子线程结束	子线程执行完毕自动唤醒
LockSupport.park()	显式挂起线程	调用 unpark(Thread) 唤醒
socket accept() / read()	阻塞等待客户端连接/数据	客户端连接/发送数据
synchronized 锁竞争	等待锁资源	锁释放后参与竞争

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二、socket线程被阻塞的典型场景

举个最常见的 ServerSocket 场景：

ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
Socket client = server.accept(); // 这里会阻塞直到有客户端连接

当执行 accept() 时，线程会阻塞等待客户端连接，直到有连接进入，线程才会被唤醒继续执行。

📌 问题：如果我想手动唤醒这个被阻塞的 accept() 怎么办？

🧠 解法思路：

1. 关闭 socket：关闭 ServerSocket，会抛出异常从 accept() 中跳出。
2. 使用 selector/epoll 实现非阻塞，比如 NIO。
3. 新建连接触发 accept() 返回：可以在本地建立一个 loopback 连接触发 accept() 返回。

// 触发唤醒 server.accept()
Socket socket = new Socket("localhost", 8888);

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三、线程的几种阻塞状态和唤醒方式一览

阻塞方式	描述	唤醒方式	示例
Thread.sleep()	睡眠，释放 CPU，不释放锁	时间到	Thread.sleep(1000)
Object.wait()	等待 notify，释放锁	notify()/notifyAll()	obj.wait()
Thread.join()	等待其他线程结束	子线程结束	t.join()
Thread.suspend()（已弃用）	挂起线程	resume()	慎用
LockSupport.park()	显式挂起	unpark()	常用于 AQS
socket.accept()	阻塞等待连接	有连接到来 / 被关闭

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四、如何判断线程是繁忙还是阻塞？

• Linux 可用 ps -e -o pid,state,cmd 查看线程状态：

状态码	描述
R	Running（可运行）
S	Sleeping（可中断阻塞）
D	Uninterruptible sleep（不可中断阻塞）
Z	Zombie
T	Stopped（暂停）

👀 繁忙线程处于 Running 状态
😴 阻塞线程常见为 Sleeping 或 D 状态

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五、就绪状态线程在等待什么？

就绪（Runnable）状态的线程，已经满足了运行条件，但等待操作系统调度器为它分配 CPU 才能执行。它处在一个“抢票”的阶段。

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六、如何实现线程池？

线程池是一种线程复用机制，用于提高系统并发能力和资源利用率。基本思路如下：

🏗 线程池原理：

1. 初始化 N 个工作线程，进入等待状态
2. 维护一个任务队列（生产者-消费者模型）
3. 有任务时唤醒线程执行，执行完毕后重新等待
4. 没任务时线程阻塞等待

💡 Java 中线程池核心类：

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
executor.submit(() -> doTask());

自己实现线程池的基本结构如下：

// 工作线程不断从任务队列中拉取任务
while (true) {
    Runnable task = taskQueue.take(); // 阻塞等待任务
    task.run();
}

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七、fork 和 vfork 的区别？

特性	fork()	vfork()
共享地址空间	❌ 否	✅ 是
复制页表	✅ 复制（写时复制）	❌ 不复制
父子并发	✅ 并发	❌ 父进程阻塞等待子进程执行完
安全性	高（地址独立）	低（共享，容易出错）
速度	稍慢	更快（节省内存）

🧠 补充：写时复制（COW）

现代 fork() 实现采用 Copy-On-Write 技术，父子进程共享内存页，只有在子进程写入内存时才真正复制，提高效率。

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八、进阶：写时复制（COW）原理

1. fork 后父子共享内存页，只读
2. 子进程试图写内存 → 触发页保护异常
3. 内核复制对应页，子进程写副本
4. 父进程继续使用原来的页

🌟 优点：节省时间和内存，尤其适用于 fork 后马上执行 exec 的情况

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九、Server 阻塞状态示意

Client                  Server
   |                       |
   |---- connect() ----->  | (accept 阻塞)
   |                       |====> 唤醒 accept()

• Server 端 accept() 无客户端连接时处于阻塞状态
• 被连接时唤醒进入 RUNNABLE
• 若使用 epoll，Server 线程始终活跃，但非阻塞式等待事件

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🔚 总结

本教程详尽梳理了线程阻塞与唤醒机制，尤其是 socket 阻塞处理、线程池设计、fork/vfork 差异 等关键知识点。以下是学习建议：

• 掌握阻塞类型：主动、被动、锁等待、IO 等
• 熟练使用 ps/top/jstack 等工具分析线程状态
• 实践线程池模型：自己写一个简易线程池
• 深入理解操作系统中的进程管理机制（fork, vfork, exec）