Zhu.Yang

朱阳的个人博客(公众号:think123)

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为什么start方法才能启动线程,而run不行?

我们都知道,一个线程直接对应了一个Thread对象,在刚开始学习线程的时候我们也知道启动线程是通过start()方法,而并非run()方法。

那这是为什么呢?

如果你熟悉Thread的代码的话,你应该知道在这个类加载的时候会注册一些native方法

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

一看到native我就想起了JNI,registerNatives()实际上就是java方法和C/C++的函数对应。在首次加载的时候就会注册这些native方法。Thread中有很多native方法,大家有兴趣的可以去看看。

关于JNI方法的命名,我们可以这样测试,我们用java声明一个native方法,然后先使用javac编译源文件(比如javac main.java),然后在使用javah即可生成头文件(javah main),打开这个头文件你就知道方法命名是如何的了

我们在JVM源码中搜索Java_java_lang_Thread_registerNatives可以看到registerNatives方法的具体实现

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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},
};

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

可以看到,在registerNatives函数中,注册了很多的native方法比如这里的start0()方法。

所有对JNI函数的调用都使用了env指针,该指针是对每一个本地方法的第一个参数。env指针是函数指针表的指针。我们可以在https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/jni/spec/jniTOC.html中找到JNI API

在Thread.start()方法中,实际就是通过调用start0()方法来启动线程的。

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public synchronized void start() {

if (threadStatus != 0)
throw new IllegalThreadStateException();


group.add(this);

boolean started = false;
try {
// 主要调用了start0()这个native方法来启动线程
start0();
started = true;
} finally {
try {
if (!started) {
group.threadStartFailed(this);
}
} catch (Throwable ignore) {
/* do nothing. If start0 threw a Throwable then
it will be passed up the call stack */
}
}
}


private native void start0();

而JNINativeMethod这个数据结构定义如下:

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

因此start0()这个方法对应的本地函数是JVM_StartThread

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{"start0", "()V", (void *)&JVM_StartThread}

我们接下来看JVM_StartThread的方法实现

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JVM_ENTRY(void, JVM_StartThread(JNIEnv* env, jobject jthread))
JVMWrapper("JVM_StartThread");
JavaThread *native_thread = NULL;

bool throw_illegal_thread_state = false;


{
// Ensure that the C++ Thread and OSThread structures aren't freed before
// we operate.
MutexLocker mu(Threads_lock);

// 从JDK5开始,使用java.lang.Thread threadStatus来防止重新启动一个已经启动的线程
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));

NOT_LP64(if (size > SIZE_MAX) size = SIZE_MAX;)
size_t sz = size > 0 ? (size_t) size : 0;

// 创建Java线程
native_thread = new JavaThread(&thread_entry, sz);


if (native_thread->osthread() != NULL) {
native_thread->prepare(jthread);
}
}
}

if (throw_illegal_thread_state) {
THROW(vmSymbols::java_lang_IllegalThreadStateException());
}

// 省略了部分代码


// 将线程状态设置为Runnable,表示可以被运行
Thread::start(native_thread);

JVM_END

上面代码主要做了三件事情

  1. 判断当前线程状态是否合法,不合法抛出IllegalThreadStateException

  2. 创建一个Java线程(我们需要重点关注的)

  3. 将线程状态设置为Runnable

如果面试官以后再问你两次调用start()方法会怎样,你就大胆而坚定的回复说抛出IllegalThreadStateException。

在JavaThread构造函数中实际调用的是os::create_thread方法

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bool os::create_thread(Thread* thread, ThreadType thr_type,
size_t req_stack_size) {


OSThread* osthread = new OSThread(NULL, NULL);
if (osthread == NULL) {
return false;
}

osthread->set_thread_type(thr_type);
osthread->set_state(ALLOCATED);

thread->set_osthread(osthread);

// init thread attributes
pthread_attr_t attr;
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);


size_t stack_size = os::Posix::get_initial_stack_size(thr_type, req_stack_size);
int status = pthread_attr_setstacksize(&attr, stack_size);

ThreadState state;

{
pthread_t tid;

// 创建线程
int ret = pthread_create(&tid, &attr, (void* (*)(void*)) thread_native_entry, thread);


// 省略其他代码...

}
return true;
}

pthread_create函数作用是创建一个线程,它的第三个参数是线程运行函数的起始地址,第四个参数是运行函数参数

IEEE标准1003.1c中定义了线程的标准,它定义的线程包叫做Pthread,大部分UNIX系统都支持这个标准。

我们的thread_native_entry实际传入的是JavaThread这个对象,所以最终会调用JavaThread::run()(thread.cpp中)

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void JavaThread::run() {

...

thread_main_inner();
...
}

void JavaThread::thread_main_inner() {
...
this->entry_point()(this,this);
...
}

thread_main_inner函数中entry_point的返回值实际上是我们在创建JavaThread的时候传入的第一个参数thread_entry。而thread_entry指针指向的函数如下:

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static void thread_entry(JavaThread* thread, TRAPS) {
HandleMark hm(THREAD);
Handle obj(THREAD, thread->threadObj());
JavaValue result(T_VOID);
JavaCalls::call_virtual(&result,
obj,
SystemDictionary::Thread_klass(),
// run方法名称run
vmSymbols::run_method_name(),
// 方法签名()V
vmSymbols::void_method_signature(),
THREAD);
}

这样我们就最终通过JavaCalls调用了run方法。

总结

new Thread只是创建了一个普通的Java对象,只有在调用了start()方法之后才会创建一个真正的线程,在JVM内部会在创建线程之后调用run()方法,执行相应的业务逻辑。

由于Java中线程最终还是和操作系统线程挂钩了的,所以线程资源是一个很重要的资源,为了复用我们一般是通过线程池的方式来使用线程。

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