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Java并发编程—Thread类的start()方法是如何启动一个线程的？

發(fā)布時(shí)間：2024/4/15 java 34 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 Java并发编程—Thread类的start()方法是如何启动一个线程的？小編覺(jué)得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個(gè)參考.

一：Java線(xiàn)程介紹

二：Java線(xiàn)程入口分析

三：Java線(xiàn)程的創(chuàng)建

四：總結(jié)

周末抽了點(diǎn)時(shí)間，研究了下HotSpot是如何創(chuàng)建Java線(xiàn)程的，順便總結(jié)一下。文中引用的源碼里刪除很多細(xì)節(jié)，只保留了主要過(guò)程，感興趣的同學(xué)可以自己去深入研究。能力有限，錯(cuò)誤地方懇請(qǐng)指正。

一：Java線(xiàn)程介紹

做Java開(kāi)發(fā)或者Android的同學(xué)，肯定對(duì)Java線(xiàn)程很熟悉。之前在閱讀一些JVM相關(guān)的書(shū)時(shí)，了解到Java線(xiàn)程其實(shí)是映射到操作系統(tǒng)的內(nèi)核線(xiàn)程上的，所以Java線(xiàn)程基本上也就是操作系統(tǒng)在進(jìn)行管理。在Linux中，線(xiàn)程和進(jìn)程用的是同一個(gè)結(jié)構(gòu)體進(jìn)行描述的，只不過(guò)進(jìn)程擁有自己獨(dú)立的地址空間，而同一個(gè)進(jìn)程的線(xiàn)程之間是共享資源的。

二：Java線(xiàn)程入口分析

想要啟動(dòng)一個(gè)Java線(xiàn)程，主要有兩種方法，第一種可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)繼承自Thread的子類(lèi)，重寫(xiě)run（）；第二種可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)Runnable，交給Thread執(zhí)行。這兩種方法都很簡(jiǎn)便，我們可以根據(jù)自己的業(yè)務(wù)需求選擇，但是無(wú)論選擇哪種方法，都需要調(diào)用Thread.start（），才能真正的啟動(dòng)一個(gè)異步線(xiàn)程進(jìn)行工作，筆者剛上大學(xué)接觸Java時(shí)，曾經(jīng)天真的以為調(diào)用Thread.run（）就行了，其實(shí)直接調(diào)用run（），JVM并不會(huì)去創(chuàng)建一個(gè)線(xiàn)程，run（）只會(huì)工作在原有線(xiàn)程，和調(diào)用普通對(duì)象的方法沒(méi)有任何區(qū)別。

上面提到了要想啟動(dòng)線(xiàn)程，必須要調(diào)用Thread.start（），那么這個(gè)方法便是我們研究的入口了。

public synchronized void start() {if (threadStatus != 0)throw new IllegalThreadStateException();group.add(this);boolean started = false;try {start0();started = true;} finally {try {if (!started) {group.threadStartFailed(this);}} catch (Throwable ignore) {/* do nothing. If start0 threw a Throwable thenit will be passed up the call stack */}}}private native void start0();

通過(guò)上面的代碼可以得知，start（）方法中做了一些線(xiàn)程狀態(tài)判斷等工作，但是真正啟動(dòng)Java線(xiàn)程的地方是調(diào)用了start0（），start0（）是一個(gè)Native方法。start0（）是何處實(shí)現(xiàn)的呢？我們先來(lái)看看Thread.c 中的一段定義：

static JNINativeMethod methods[] = {{"start0", "()V", (void *)&JVM_StartThread},{"stop0", "(" OBJ ")V", (void *)&JVM_StopThread},{"isAlive", "()Z", (void *)&JVM_IsThreadAlive},{"suspend0", "()V", (void *)&JVM_SuspendThread},{"resume0", "()V", (void *)&JVM_ResumeThread},{"setPriority0", "(I)V", (void *)&JVM_SetThreadPriority},{"yield", "()V", (void *)&JVM_Yield},{"sleep", "(J)V", (void *)&JVM_Sleep},{"currentThread", "()" THD, (void *)&JVM_CurrentThread},{"countStackFrames", "()I", (void *)&JVM_CountStackFrames},{"interrupt0", "()V", (void *)&JVM_Interrupt},{"isInterrupted", "(Z)Z", (void *)&JVM_IsInterrupted},{"holdsLock", "(" OBJ ")Z", (void *)&JVM_HoldsLock},{"getThreads", "()[" THD, (void *)&JVM_GetAllThreads},{"dumpThreads", "([" THD ")[[" STE, (void *)&JVM_DumpThreads},{"setNativeName", "(" STR ")V", (void *)&JVM_SetNativeThreadName}, };

上面定義了一個(gè)數(shù)組，數(shù)組中存放的為JNINativeMethod類(lèi)型的結(jié)構(gòu)體變量，JNINativeMethod定義在jni.h中：

typedef struct {char *name;char *signature;void *fnPtr; } JNINativeMethod;

JNINativeMethod主要是進(jìn)行一個(gè)jni方法的映射關(guān)系，將native方法和真正的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行綁定。那么具體是何時(shí)進(jìn)行綁定的呢？java層的Thread在類(lèi)的靜態(tài)初始化塊中，調(diào)用了registerNatives（）方法：

private static native void registerNatives();static {registerNatives();}

我們來(lái)看看registerNatives（）對(duì)應(yīng)的Jni方法：

JNIEXPORT void JNICALL Java_java_lang_Thread_registerNatives(JNIEnv *env, jclass cls) {(*env)->RegisterNatives(env, cls, methods, ARRAY_LENGTH(methods)); }

可見(jiàn)此時(shí)會(huì)將上述數(shù)組methods中的方法映射關(guān)系進(jìn)行注冊(cè)。注冊(cè)好了后，我們?cè)賮?lái)看看上面定義的數(shù)組，這里面將Java線(xiàn)程中的很多native方法與實(shí)現(xiàn)其功能的方法指針進(jìn)行了綁定，比如start0（）就和JVM_StartThread進(jìn)行了綁定。所以我們想研究start0（），就直接看看JVM_StartThread指針?biāo)赶虻姆椒纯伞?/p>

三：Java線(xiàn)程的創(chuàng)建

JVM_StartThread定義在jvm.cpp中：

JVM_ENTRY(void, JVM_StartThread(JNIEnv* env, jobject jthread))JVMWrapper("JVM_StartThread");JavaThread *native_thread = NULL;bool throw_illegal_thread_state = false;{MutexLocker mu(Threads_lock);if (java_lang_Thread::thread(JNIHandles::resolve_non_null(jthread)) != NULL) {throw_illegal_thread_state = true;} else {jlong size = java_lang_Thread::stackSize(JNIHandles::resolve_non_null(jthread));size_t sz = size > 0 ? (size_t) size : 0;native_thread = new JavaThread(&thread_entry, sz);if (native_thread->osthread() != NULL) {native_thread->prepare(jthread);}}}......Thread::start(native_thread);JVM_END

源碼中本來(lái)有很多英文注釋，我這里先給刪了，下面來(lái)一步步分析下上面的代碼吧。

1：判斷Java線(xiàn)程是否已經(jīng)啟動(dòng)，如果已經(jīng)啟動(dòng)過(guò)，則會(huì)拋異常。

if (java_lang_Thread::thread(JNIHandles::resolve_non_null(jthread)) != NULL) {throw_illegal_thread_state = true;}

2: 如果第一步判斷中，Java線(xiàn)程沒(méi)有啟動(dòng)過(guò)，則會(huì)開(kāi)始創(chuàng)建Java線(xiàn)程。

jlong size = java_lang_Thread::stackSize(JNIHandles::resolve_non_null(jthread)); size_t sz = size > 0 ? (size_t) size : 0; native_thread = new JavaThread(&thread_entry, sz);

Java線(xiàn)程的創(chuàng)建過(guò)程主要就在JavaThread的構(gòu)造函數(shù)中：

JavaThread::JavaThread(ThreadFunction entry_point, size_t stack_sz) :Thread() {initialize();_jni_attach_state = _not_attaching_via_jni;set_entry_point(entry_point);os::ThreadType thr_type = os::java_thread;thr_type = entry_point == &compiler_thread_entry ? os::compiler_thread :os::java_thread;os::create_thread(this, thr_type, stack_sz); }

最后一句os::create_thread(this, thr_type, stack_sz) 便開(kāi)始真正的創(chuàng)建Java線(xiàn)程對(duì)應(yīng)的內(nèi)核線(xiàn)程。

bool os::create_thread(Thread* thread, ThreadType thr_type,size_t req_stack_size) {......pthread_t tid;int ret = pthread_create(&tid, &attr, (void* (*)(void*)) thread_native_entry, thread);......return true; }

上面這個(gè)方法主要就是利用pthread_create（）來(lái)創(chuàng)建線(xiàn)程。其中第三個(gè)參數(shù)thread_native_entry便是新起的線(xiàn)程運(yùn)行的初始地址，其為定義在os_bsd.cpp中的一個(gè)方法指針，而第四個(gè)參數(shù)thread即thread_native_entry的參數(shù)：

static void *thread_native_entry(Thread *thread) {......thread->run();......return 0; }

新線(xiàn)程創(chuàng)建后就會(huì)從thread_native_entry（）開(kāi)始運(yùn)行，thread_native_entry（）中調(diào)用了thread->run（）：

// thread.cpp void JavaThread::run() {......thread_main_inner(); }

此方法最后調(diào)用了thread_main_inner（）：

// thread.cpp void JavaThread::thread_main_inner() {if (!this->has_pending_exception() &&!java_lang_Thread::is_stillborn(this->threadObj())) {{ResourceMark rm(this);this->set_native_thread_name(this->get_thread_name());}HandleMark hm(this);this->entry_point()(this, this);}DTRACE_THREAD_PROBE(stop, this);this->exit(false);delete this; }

我們重點(diǎn)關(guān)注下this->entry_point()(this, this)，entry_point（）返回的其實(shí)就是在 new JavaThread(&thread_entry, sz) 時(shí)傳入的thread_entry。這里就相當(dāng)于調(diào)用了thread_entry（this，this）。thread_entry定義在jvm.cpp中：

// jvm.cpp static void thread_entry(JavaThread* thread, TRAPS) {HandleMark hm(THREAD);Handle obj(THREAD, thread->threadObj());JavaValue result(T_VOID);JavaCalls::call_virtual(&result,obj,KlassHandle(THREAD, SystemDictionary::Thread_klass()),vmSymbols::run_method_name(),vmSymbols::void_method_signature(),THREAD); }

哈哈，這里見(jiàn)到了一個(gè)老朋友：JavaCalls。JavaCalls模塊是用來(lái)調(diào)用Java方法的。不了解的朋友可以直接看之前寫(xiě)的文章《JVM方法執(zhí)行的來(lái)龍去脈》。我們來(lái)看看這里調(diào)用JavaCalls::call_virtual（）傳入的一些參數(shù)：

obj：Java線(xiàn)程對(duì)象；
KlassHandle(THREAD, SystemDictionary::Thread_klass())：Java線(xiàn)程類(lèi)，記錄在SystemDictionary中，即java_lang_Thread；
vmSymbols::run_method_name()：即"run"；
vmSymbols::void_method_signature()：即"()V"；

經(jīng)過(guò)上面的分析，這里其實(shí)就是開(kāi)始調(diào)用Java線(xiàn)程對(duì)象的run（）方法。

3：開(kāi)始執(zhí)行所創(chuàng)建的內(nèi)核線(xiàn)程，即從第二步所說(shuō)的thread_entry處開(kāi)始執(zhí)行。

Thread::start(native_thread);

四：總結(jié)

到這里Java線(xiàn)程就已經(jīng)真正的運(yùn)行起來(lái)了，總結(jié)下上面的過(guò)程：

1：調(diào)用Java線(xiàn)程start（）方法，通過(guò)jni方式，調(diào)用到JVM層。
2：JVM通過(guò)pthread_create（）創(chuàng)建一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)核線(xiàn)程，并指定內(nèi)核線(xiàn)程的初始運(yùn)行地址，即一個(gè)方法指針。
3：在內(nèi)核線(xiàn)程的初始運(yùn)行方法中，利用JavaCalls模塊，調(diào)用java線(xiàn)程的run（）方法，開(kāi)始java級(jí)別的線(xiàn)程執(zhí)行。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java并发编程—Thread类的start()方法是如何启动一个线程的？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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