Thread.start()讓線程啟動的方法是什么

這篇文章主要講解了“Thread.start()讓線程啟動的方法是什么”，文中的講解內(nèi)容簡單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學(xué)習(xí)“Thread.start()讓線程啟動的方法是什么”吧！

線程啟動分析

new Thread(() -> {     // todo }).start();

「咳咳」，Java  的線程創(chuàng)建和啟動非常簡單，但如果問一個線程是怎么啟動起來的往往并不清楚，甚至不知道為什么啟動時是調(diào)用start()，而不是調(diào)用run()方法呢?

「那么」，為了讓大家有一個更直觀的認(rèn)知，我們先站在上帝視角。把這段 Java 的線程代碼，到 JDK 方法使用，以及 JVM  的相應(yīng)處理過程，展示給大家，以方便我們后續(xù)逐步分析。

圖 19-1 線程啟動分析

「以上」，就是一個線程啟動的整體過程分析，會涉及到如下知識點(diǎn)：

• 線程的啟動會涉及到本地方法(JNI)的調(diào)用，也就是那部分 C++ 編寫的代碼。

• JVM 的實(shí)現(xiàn)中會有不同操作系統(tǒng)對線程的統(tǒng)一處理，比如：Win、Linux、Unix。

• 線程的啟動會涉及到線程的生命周期狀態(tài)(RUNNABLE)，以及喚醒操作，所以最終會有回調(diào)操作。也就是調(diào)用我們的 run() 方法

接下來，我們就開始逐步分析每一步源碼的執(zhí)行內(nèi)容，從而了解線程啟動過程。

線程啟動過程

1. Thread start UML 圖

圖 19-2 Thread start UML 圖

如圖 19-2 是線程的啟動過程時序圖，整體的鏈路較長，會涉及到 JVM 的操作。核心源碼如下：

1. Thread.c：https://github.com/unofficial-openjdk/openjdk/blob/jdk/jdk/src/java.base/share/native/libjava/Thread.c

2. jvm.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/prims/jvm.cpp

3. thread.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/thread.cpp

4. os.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/os.hpp

5. os_linux.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/os/linux/vm/os_linux.cpp

6. os_windows.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/os/windows/vm/os_windows.cpp

7. vmSymbols.hpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/classfile/vmSymbols.hpp

2. Java 層面 Thread 啟動

2.1 start() 方法

new Thread(() -> {     // todo }).start();  // JDK 源碼 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) {}     } }

• 線程啟動方法 start()，在它的方法英文注釋中已經(jīng)把核心內(nèi)容描述出來。Causes this thread to begin execution;  the Java Virtual Machine calls the run method of this thread. 這段話的意思是：由 JVM  調(diào)用此線程的 run 方法，使線程開始執(zhí)行。其實(shí)這就是一個 JVM 的回調(diào)過程，下文源碼分析中會講到

• 另外 start() 是一個 synchronized 方法，但為了避免多次調(diào)用，在方法中會由線程狀態(tài)判斷。threadStatus != 0。

• group.add(this)，是把當(dāng)前線程加入到線程組，ThreadGroup。

• start0()，是一個本地方法，通過 JNI 方式調(diào)用執(zhí)行。這一步的操作才是啟動線程的核心步驟。

2.2 start0() 本地方法

// 本地方法 start0 private native void start0();  // 注冊本地方法 public class Thread implements Runnable {     /* Make sure registerNatives is the first thing <clinit> does. */     private static native void registerNatives();     static {         registerNatives();     }     // ... }

• start0()，是一個本地方法，用于啟動線程。

• registerNatives()，這個方法是用于注冊線程執(zhí)行過程中需要的一些本地方法，比如：start0、isAlive、yield、sleep、interrupt0等。

「registerNatives」，本地方法定義在 Thread.c 中，以下是定義的核心源碼：

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},     {"interrupt0",       "()V",        (void *)&JVM_Interrupt},     {"holdsLock",        "(" OBJ ")Z", (void *)&JVM_HoldsLock},     {"getThreads",        "()[" THD,   (void *)&JVM_GetAllThreads},     {"dumpThreads",      "([" THD ")[[" STE, (void *)&JVM_DumpThreads},     {"setNativeName",    "(" STR ")V", (void *)&JVM_SetNativeThreadName}, };

• 「源碼」：https://github.com/unofficial-openjdk/openjdk/blob/jdk/jdk/src/java.base/share/native/libjava/Thread.c

• 從定義中可以看到，start0 方法會執(zhí)行 &JVM_StartThread 方法，最終由 JVM 層面啟動線程。

3. JVM 創(chuàng)建線程

3.1  JVM_StartThread

「源碼」：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/prims/jvm.cpp

JVM_ENTRY(void, JVM_StartThread(JNIEnv* env, jobject jthread))   JVMWrapper("JVM_StartThread");   JavaThread *native_thread = NULL;      // 創(chuàng)建線程   native_thread = new JavaThread(&thread_entry, sz);   // 啟動線程   Thread::start(native_thread);  JVM_END

這部分代碼比較多，但核心內(nèi)容主要是創(chuàng)建線程和啟動線程，另外 &thread_entry也是一個方法，如下：

「thread_entry，線程入口」

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); }

「重點(diǎn)」，在創(chuàng)建線程引入這個線程入口的方法時，thread_entry 中包括了 Java 的回調(diào)函數(shù)  JavaCalls::call_virtual。這個回調(diào)函數(shù)會由 JVM 調(diào)用。

「vmSymbols::run_method_name()」，就是那個被回調(diào)的方法，源碼如下：

「源碼」：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/classfile/vmSymbols.hpp

#define VM_SYMBOLS_DO(template, do_alias) template(run_method_name, "run")

這個 run 就是我們的 Java 程序中會被調(diào)用的 run 方法。接下來我們繼續(xù)按照代碼執(zhí)行鏈路，尋找到這個被回調(diào)的方法在什么時候調(diào)用的。

3.2 JavaThread

native_thread = new JavaThread(&thread_entry, sz);

接下來，我們繼續(xù)看 JavaThread 的源碼執(zhí)行內(nèi)容。

「源碼」：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/thread.cpp

JavaThread::JavaThread(ThreadFunction entry_point, size_t stack_sz) :   Thread() #if INCLUDE_ALL_GCS   , _satb_mark_queue(&_satb_mark_queue_set),   _dirty_card_queue(&_dirty_card_queue_set) #endif // INCLUDE_ALL_GCS {   if (TraceThreadEvents) {     tty->print_cr("creating thread %p", this);   }   initialize();   _jni_attach_state = _not_attaching_via_jni;   set_entry_point(entry_point);   // Create the native thread itself.   // %note runtime_23   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); }

• ThreadFunction entry_point，就是我們上面的 thread_entry 方法。

• size_t stack_sz，表示進(jìn)程中已有的線程個數(shù)。

• 「這兩個參數(shù)」，都會傳遞給 os::create_thread 方法，用于創(chuàng)建線程使用。

3.3 os::create_thread

「源碼」：

os_linux.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/os/linux/vm/os_linux.cpp

os_windows.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/os/windows/vm/os_windows.cpp

眾所周知，JVM 是個啥!，所以它的 OS 服務(wù)實(shí)現(xiàn)，Liunx 還有 Windows 等，都會實(shí)現(xiàn)線程的創(chuàng)建邏輯。這有點(diǎn)像適配器模式

「os_linux -> os::create_thread」

bool os::create_thread(Thread* thread, ThreadType thr_type, size_t stack_size) {   assert(thread->osthread() == NULL, "caller responsible");    // Allocate the OSThread object   OSThread* osthread = new OSThread(NULL, NULL);   // Initial state is ALLOCATED but not INITIALIZED   osthread->set_state(ALLOCATED);      pthread_t tid;   int ret = pthread_create(&tid, &attr, (void* (*)(void*)) java_start, thread);    return true; }

• osthread->set_state(ALLOCATED)，初始化已分配的狀態(tài)，但此時并沒有初始化。

• pthread_create，是類Unix操作系統(tǒng)(Unix、Linux、Mac OS X等)的創(chuàng)建線程的函數(shù)。

• java_start，重點(diǎn)關(guān)注類，是實(shí)際創(chuàng)建線程的方法。

3.4  java_start

「源碼」：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/os/linux/vm/os_linux.cpp

static void *java_start(Thread *thread) {    // 線程ID   int pid = os::current_process_id();    // 設(shè)置線程   ThreadLocalStorage::set_thread(thread);    // 設(shè)置線程狀態(tài)：INITIALIZED 初始化完成   osthread->set_state(INITIALIZED);      // 喚醒所有線程   sync->notify_all();   // 循環(huán)，初始化狀態(tài)，則一致等待 wait  while (osthread->get_state() == INITIALIZED) {     sync->wait(Mutex::_no_safepoint_check_flag);  }    // 等待喚醒后，執(zhí)行 run 方法   thread->run();    return 0; }

• JVM 設(shè)置線程狀態(tài)，INITIALIZED 初始化完成。

• sync->notify_all()，喚醒所有線程。

• osthread->get_state() == INITIALIZED，while 循環(huán)等待

• thread->run()，是等待線程喚醒后，也就是狀態(tài)變更后，才能執(zhí)行到。這在我們的線程執(zhí)行UML圖中，也有所體現(xiàn)

4. JVM 啟動線程

JVM_ENTRY(void, JVM_StartThread(JNIEnv* env, jobject jthread))   JVMWrapper("JVM_StartThread");   JavaThread *native_thread = NULL;      // 創(chuàng)建線程   native_thread = new JavaThread(&thread_entry, sz);   // 啟動線程   Thread::start(native_thread);  JVM_END

JVM_StartThread 中有兩步，創(chuàng)建(new  JavaThread)、啟動(Thread::start)。創(chuàng)建的過程聊完了，接下來我們聊啟動。

4.1  Thread::start

「源碼」：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/thread.cpp

void Thread::start(Thread* thread) {   trace("start", thread);    if (!DisableStartThread) {     if (thread->is_Java_thread()) {       java_lang_Thread::set_thread_status(((JavaThread*)thread)->threadObj(),                                           java_lang_Thread::RUNNABLE);     }     // 不同的 OS 會有不同的啟動代碼邏輯     os::start_thread(thread);   } }

• 如果沒有禁用線程 DisableStartThread 并且是 Java 線程 thread->is_Java_thread()，那么設(shè)置線程狀態(tài)為  RUNNABLE。

• os::start_thread(thread)，調(diào)用線程啟動方法。不同的 OS 會有不同的啟動代碼邏輯

4.2  os::start_thread(thread)

「源碼」：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/os.hpp

void os::start_thread(Thread* thread) {   // guard suspend/resume   MutexLockerEx ml(thread->SR_lock(), Mutex::_no_safepoint_check_flag);   OSThread* osthread = thread->osthread();   osthread->set_state(RUNNABLE);   pd_start_thread(thread); }

osthread->set_state(RUNNABLE)，設(shè)置線程狀態(tài)  RUNNABLEpd_start_thread(thread)，啟動線程，這個就由各個 OS  實(shí)現(xiàn)類，實(shí)現(xiàn)各自系統(tǒng)的啟動方法了。比如，windows系統(tǒng)和Linux系統(tǒng)的代碼是完全不同的。

4.3  pd_start_thread(thread)

「源碼」：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/os/linux/vm/os_linux.cpp

void os::pd_start_thread(Thread* thread) {   OSThread * osthread = thread->osthread();   assert(osthread->get_state() != INITIALIZED, "just checking");   Monitor* sync_with_child = osthread->startThread_lock();   MutexLockerEx ml(sync_with_child, Mutex::_no_safepoint_check_flag);   sync_with_child->notify(); }

這部分代碼 notify() 最關(guān)鍵，它可以喚醒線程。

線程喚醒后，3.4 中的 thread->run(); 就可以繼續(xù)執(zhí)行了。

5. JVM 線程回調(diào)

5.1  thread->run()[JavaThread::run()]

「源碼」：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/thread.cpp

// The first routine called by a new Java thread void JavaThread::run() {   // ... 初始化線程操作      thread_main_inner(); }

os_linux.cpp 類中的 java_start 里的 thread->run()，最終調(diào)用的就是 thread.cpp 的  JavaThread::run() 方法。

這部分還需要繼續(xù)往下看，thread_main_inner(); 方法。

5.2  thread_main_inner

「源碼」：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/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; }

• 這里有你熟悉的設(shè)置的線程名稱，this->set_native_thread_name(this->get_thread_name())。

• this->entry_point()，實(shí)際調(diào)用的就是 3.1 中的 thread_entry 方法。

• thread_entry，方法最終會調(diào)用到 JavaCalls::call_virtual  里的vmSymbols::run_method_name()。也就是 run() 方法，至此線程啟動完成。終于串回來了!

總結(jié)

• 線程的啟動過程涉及到了 JVM 的參與，所以如果沒有認(rèn)真了解過，確實(shí)很難從一個本地方法了解的如此透徹。

• 整個源碼分析可以結(jié)合著代碼調(diào)用UML時序圖進(jìn)行學(xué)習(xí)，基本核心過程包括：Java 創(chuàng)建線程和啟動、調(diào)用本地方法 start0()、JVM 中  JVM_StartThread 的創(chuàng)建和啟動、設(shè)置線程狀態(tài)等待被喚醒、根據(jù)不同的OS啟動線程并喚醒、最后回調(diào) run() 方法啟動 Java 線程。

• 有時候可能只是一步很簡單的方法，也會有它的深入之處，當(dāng)真的懂了以后，就不用死記硬背。如果需要獲得以上高清大圖，可以添加小傅哥微信(fustack)，備注：Thread大圖

感謝各位的閱讀，以上就是“Thread.start()讓線程啟動的方法是什么”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對Thread.start()讓線程啟動的方法是什么這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！