前言
最近和一個(gè)工作了7年的朋友聊天彪腔,他跟我說起了他去騰訊公司面試的情況联贩,面試官的一個(gè)問題把他打懵了捎拯!竟然問他:你經(jīng)常使用Thread類創(chuàng)建線程,那你看過Thread類的源碼嗎祸泪?Thread類創(chuàng)建線程的流程是什么没隘?如何中斷一個(gè)正在執(zhí)行的線程禁荸?我這個(gè)朋友平時(shí)覺得Thread類非常簡單阀湿,自然是沒看過Thread類的源碼陷嘴,然后间坐,就沒有然后了!@统巍蜈七!
所以飒硅,我們學(xué)習(xí)技術(shù)不僅需要知其然,更需要知其所以然梯轻,今天尽棕,我們就一起來簡單看看Thread類的源碼。
注意:本文是基于JDK 1.8來進(jìn)行分析的伊诵。
Thread類的繼承關(guān)系
我們可以使用下圖來表示Thread類的繼承關(guān)系回官。
由上圖我們可以看出歉提,Thread類實(shí)現(xiàn)了Runnable接口,而Runnable在JDK 1.8中被@FunctionalInterface注解標(biāo)記為函數(shù)式接口版扩,Runnable接口在JDK 1.8中的源代碼如下所示礁芦。
@FunctionalInterface
public?interface?Runnable?{
public?abstract?void?run();
}
Runnable接口的源碼比較簡單,只是提供了一個(gè)run()方法肖方,這里就不再贅述了未状。
接下來,我們再來看看@FunctionalInterface注解的源碼活翩,如下所示材泄。
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
public?@interface?FunctionalInterface?{}
可以看到吨岭,@FunctionalInterface注解聲明標(biāo)記在Java類上,并在程序運(yùn)行時(shí)生效旦事。
Thread類的源碼剖析
Thread類定義
Thread在java.lang包下急灭,Thread類的定義如下所示。
public?class?Thread?implements?Runnable?{
加載本地資源
打開Thread類后卖鲤,首先蛋逾,我們會(huì)看到在Thread類的最開始部分窗悯,定義了一個(gè)靜態(tài)本地方法registerNatives(),這個(gè)方法主要用來注冊一些本地系統(tǒng)的資源亏钩。并在靜態(tài)代碼塊中調(diào)用這個(gè)本地方法悦污,如下所示钉蒲。
//定義registerNatives()本地方法注冊系統(tǒng)資源
private?static?native?void?registerNatives();
static?{
//在靜態(tài)代碼塊中調(diào)用注冊本地系統(tǒng)資源的方法
registerNatives();
}
Thread中的成員變量
Thread類中的成員變量如下所示顷啼。
//當(dāng)前線程的名稱
private?volatile?String?name;
//線程的優(yōu)先級(jí)
private?int????????????priority;
private?Thread?????????threadQ;
private?long???????????eetop;
//當(dāng)前線程是否是單步線程
private?boolean?????single_step;
//當(dāng)前線程是否在后臺(tái)運(yùn)行
private?boolean?????daemon?=?false;
//Java虛擬機(jī)的狀態(tài)
private?boolean?????stillborn?=?false;
//真正在線程中執(zhí)行的任務(wù)
private?Runnable?target;
//當(dāng)前線程所在的線程組
private?ThreadGroup?group;
//當(dāng)前線程的類加載器
private?ClassLoader?contextClassLoader;
//訪問控制上下文
private?AccessControlContext?inheritedAccessControlContext;
//為匿名線程生成名稱的編號(hào)
private?static?int?threadInitNumber;
//與此線程相關(guān)的ThreadLocal,這個(gè)Map維護(hù)的是ThreadLocal類
ThreadLocal.ThreadLocalMap?threadLocals?=?null;
//與此線程相關(guān)的ThreadLocal
ThreadLocal.ThreadLocalMap?inheritableThreadLocals?=?null;
//當(dāng)前線程請(qǐng)求的堆棧大小,如果未指定堆棧大小茵瀑,則會(huì)交給JVM來處理
private?long?stackSize;
//線程終止后存在的JVM私有狀態(tài)
private?long?nativeParkEventPointer;
//線程的id
private?long?tid;
//用于生成線程id
private?static?long?threadSeqNumber;
//當(dāng)前線程的狀態(tài),初始化為0竞帽,代表當(dāng)前線程還未啟動(dòng)
private?volatile?int?threadStatus?=?0;
//由(私有)java.util.concurrent.locks.LockSupport.setBlocker設(shè)置
//使用java.util.concurrent.locks.LockSupport.getBlocker訪問
volatile?Object?parkBlocker;
//Interruptible接口中定義了interrupt方法屹篓,用來中斷指定的線程
private?volatile?Interruptible?blocker;
//當(dāng)前線程的內(nèi)部鎖
private?final?Object?blockerLock?=?new?Object();
//線程擁有的最小優(yōu)先級(jí)
public?final?static?int?MIN_PRIORITY?=?1;
//線程擁有的默認(rèn)優(yōu)先級(jí)
public?final?static?int?NORM_PRIORITY?=?5;
//線程擁有的最大優(yōu)先級(jí)
public?final?static?int?MAX_PRIORITY?=?10;
從Thread類的成員變量匙奴,我們可以看出,Thread類本質(zhì)上不是一個(gè)任務(wù)谍肤,它是一個(gè)實(shí)實(shí)在在的線程對(duì)象哗伯,在Thread類中擁有一個(gè)Runnable類型的成員變量target,而這個(gè)target成員變量就是需要在Thread線程對(duì)象中執(zhí)行的任務(wù)乳附。
線程的狀態(tài)定義
在Thread類的內(nèi)部赋除,定義了一個(gè)枚舉State非凌,如下所示。
public?enum?State?{
//初始化狀態(tài)
NEW,
//可運(yùn)行狀態(tài)颁糟,此時(shí)的可運(yùn)行包括運(yùn)行中的狀態(tài)和就緒狀態(tài)
RUNNABLE,
//線程阻塞狀態(tài)
BLOCKED,
//等待狀態(tài)
WAITING,
//超時(shí)等待狀態(tài)
TIMED_WAITING,
//線程終止?fàn)顟B(tài)
TERMINATED;
}
這個(gè)枚舉類中的狀態(tài)就代表了線程生命周期的各狀態(tài)喉悴。我們可以使用下圖來表示線程各個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。
NEW:初始狀態(tài)婚脱,線程被構(gòu)建障贸,但是還沒有調(diào)用start()方法。
RUNNABLE:可運(yùn)行狀態(tài)涩维,可運(yùn)行狀態(tài)可以包括:運(yùn)行中狀態(tài)和就緒狀態(tài)袁波。
BLOCKED:阻塞狀態(tài),處于這個(gè)狀態(tài)的線程需要等待其他線程釋放鎖或者等待進(jìn)入synchronized垄分。
WAITING:表示等待狀態(tài)娃磺,處于該狀態(tài)的線程需要等待其他線程對(duì)其進(jìn)行通知或中斷等操作偷卧,進(jìn)而進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)。
TIME_WAITING:超時(shí)等待狀態(tài)坐求∩卫妫可以在一定的時(shí)間自行返回。
TERMINATED:終止?fàn)顟B(tài)泛领,當(dāng)前線程執(zhí)行完畢敛惊。
Thread類的構(gòu)造方法
Thread類中的所有構(gòu)造方法如下所示。
public?Thread()?{
init(null,?null,?"Thread-"?+?nextThreadNum(),?0);
}
public?Thread(Runnable?target)?{
init(null,?target,?"Thread-"?+?nextThreadNum(),?0);
}
Thread(Runnable?target,?AccessControlContext?acc)?{
init(null,?target,?"Thread-"?+?nextThreadNum(),?0,?acc,?false);
}
public?Thread(ThreadGroup?group,?Runnable?target)?{
init(group,?target,?"Thread-"?+?nextThreadNum(),?0);
}
public?Thread(String?name)?{
init(null,?null,?name,?0);
}
public?Thread(ThreadGroup?group,?String?name)?{
init(group,?null,?name,?0);
}
public?Thread(Runnable?target,?String?name)?{
init(null,?target,?name,?0);
}
public?Thread(ThreadGroup?group,?Runnable?target,?String?name)?{
init(group,?target,?name,?0);
}
public?Thread(ThreadGroup?group,?Runnable?target,?String?name,
long?stackSize)?{
init(group,?target,?name,?stackSize);
}
其中锡宋,我們最經(jīng)常使用的就是如下幾個(gè)構(gòu)造方法了执俩。
public?Thread()?{
init(null,?null,?"Thread-"?+?nextThreadNum(),?0);
}
public?Thread(Runnable?target)?{
init(null,?target,?"Thread-"?+?nextThreadNum(),?0);
}
public?Thread(String?name)?{
init(null,?null,?name,?0);
}
public?Thread(ThreadGroup?group,?String?name)?{
init(group,?null,?name,?0);
}
public?Thread(Runnable?target,?String?name)?{
init(null,?target,?name,?0);
}
public?Thread(ThreadGroup?group,?Runnable?target,?String?name)?{
init(group,?target,?name,?0);
}
通過Thread類的源碼役首,我們可以看出,Thread類在進(jìn)行初始化的時(shí)候宋税,都是調(diào)用的init()方法讼油,接下來,我們看看init()方法是個(gè)啥乏屯。
init()方法
private?void?init(ThreadGroup?g,?Runnable?target,?String?name,?long?stackSize)?{
init(g,?target,?name,?stackSize,?null,?true);
}
private?void?init(ThreadGroup?g,?Runnable?target,?String?name,
long?stackSize,?AccessControlContext?acc,
boolean?inheritThreadLocals)?{
//線程的名稱為空瘦赫,拋出空指針異常
if?(name?==?null)?{
throw?new?NullPointerException("name?cannot?be?null");
}
this.name?=?name;
Thread?parent?=?currentThread();
//獲取系統(tǒng)安全管理器
SecurityManager?security?=?System.getSecurityManager();
//線程組為空
if?(g?==?null)?{
//獲取的系統(tǒng)安全管理器不為空
if?(security?!=?null)?{
//從系統(tǒng)安全管理器中獲取一個(gè)線程分組
g?=?security.getThreadGroup();
}
//線程分組為空,則從父線程獲取
if?(g?==?null)?{
g?=?parent.getThreadGroup();
}
}
//檢查線程組的訪問權(quán)限
g.checkAccess();
//檢查權(quán)限
if?(security?!=?null)?{
if?(isCCLOverridden(getClass()))?{
security.checkPermission(SUBCLASS_IMPLEMENTATION_PERMISSION);
}
}
g.addUnstarted();
//當(dāng)前線程繼承父線程的相關(guān)屬性
this.group?=?g;
this.daemon?=?parent.isDaemon();
this.priority?=?parent.getPriority();
if?(security?==?null?||?isCCLOverridden(parent.getClass()))
this.contextClassLoader?=?parent.getContextClassLoader();
else
this.contextClassLoader?=?parent.contextClassLoader;
this.inheritedAccessControlContext?=
acc?!=?null???acc?:?AccessController.getContext();
this.target?=?target;
setPriority(priority);
if?(inheritThreadLocals?&&?parent.inheritableThreadLocals?!=?null)
this.inheritableThreadLocals?=
ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);
/*?Stash?the?specified?stack?size?in?case?the?VM?cares?*/
this.stackSize?=?stackSize;
//設(shè)置線程id
tid?=?nextThreadID();
}
Thread類中的構(gòu)造方法是被創(chuàng)建Thread線程的線程調(diào)用的,此時(shí)校辩,調(diào)用Thread的構(gòu)造方法創(chuàng)建線程的線程就是父線程,在init()方法中宜咒,新創(chuàng)建的Thread線程會(huì)繼承父線程的部分屬性。
run()方法
既然Thread類實(shí)現(xiàn)了Runnable接口故黑,則Thread類就需要實(shí)現(xiàn)Runnable接口的run()方法,如下所示混埠。
@Override
public?void?run()?{
if?(target?!=?null)?{
target.run();
}
}
可以看到诗轻,Thread類中的run()方法實(shí)現(xiàn)非常簡單,只是調(diào)用了Runnable對(duì)象的run()方法使套。所以鞠柄,真正的任務(wù)是運(yùn)行在run()方法中的。另外厌杜,需要注意的是:直接調(diào)用Runnable接口的run()方法不會(huì)創(chuàng)建新線程來執(zhí)行任務(wù),如果需要?jiǎng)?chuàng)建新線程執(zhí)行任務(wù)瞧壮,則需要調(diào)用Thread類的start()方法。
start()方法
public?synchronized?void?start()?{
//線程不是初始化狀態(tài)陈轿,則直接拋出異常
if?(threadStatus?!=?0)
throw?new?IllegalThreadStateException();
//添加當(dāng)前啟動(dòng)的線程到線程組
group.add(this);
//標(biāo)記線程是否已經(jīng)啟動(dòng)
boolean?started?=?false;
try?{
//調(diào)用本地方法啟動(dòng)線程
start0();
//將線程是否啟動(dòng)標(biāo)記為true
started?=?true;
}?finally?{
try?{
//線程未啟動(dòng)成功
if?(!started)?{
//將線程在線程組里標(biāo)記為啟動(dòng)失敗
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();
從start()方法的源代碼秦忿,我們可以看出:start()方法使用synchronized關(guān)鍵字修飾,說明start()方法是同步的潜秋,它會(huì)在啟動(dòng)線程前檢查線程的狀態(tài)胎许,如果不是初始化狀態(tài),則直接拋出異常钩述。所以谬擦,一個(gè)線程只能啟動(dòng)一次,多次啟動(dòng)是會(huì)拋出異常的谜悟。
這里北秽,也是面試的一個(gè)坑:
面試官:【問題一】能不能多次調(diào)用Thread類的start()方法來啟動(dòng)線程嗎?
【問題二】多次調(diào)用Thread線程的start()方法會(huì)發(fā)生什么蔚叨?
【問題三】為什么會(huì)拋出異常辙培?
調(diào)用start()方法后,新創(chuàng)建的線程就會(huì)處于就緒狀態(tài)(如果沒有分配到CPU執(zhí)行)搀别,當(dāng)有空閑的CPU時(shí)尾抑,這個(gè)線程就會(huì)被分配CPU來執(zhí)行蒂培,此時(shí)線程的狀態(tài)為運(yùn)行狀態(tài)护戳,JVM會(huì)調(diào)用線程的run()方法執(zhí)行任務(wù)垂睬。
sleep()方法
sleep()方法可以使當(dāng)前線程休眠,其代碼如下所示肺樟。
//本地方法檐春,真正讓線程休眠的方法
public?static?native?void?sleep(long?millis)?throws?InterruptedException;
public?static?void?sleep(long?millis,?int?nanos)
throws?InterruptedException?{
if?(millis?<?0)?{
throw?new?IllegalArgumentException("timeout?value?is?negative");
}
if?(nanos?<?0?||?nanos?>?999999)?{
throw?new?IllegalArgumentException(
"nanosecond?timeout?value?out?of?range");
}
if?(nanos?>=?500000?||?(nanos?!=?0?&&?millis?==?0))?{
millis++;
}
//調(diào)用本地方法
sleep(millis);
}
sleep()方法會(huì)讓當(dāng)前線程休眠一定的時(shí)間疟暖,這個(gè)時(shí)間通常是毫秒值,這里需要注意的是:調(diào)用sleep()方法使線程休眠后骨望,線程不會(huì)釋放相應(yīng)的鎖欣舵。
join()方法
join()方法會(huì)一直等待線程超時(shí)或者終止,代碼如下所示劣光。
public?final?synchronized?void?join(long?millis)
throws?InterruptedException?{
long?base?=?System.currentTimeMillis();
long?now?=?0;
if?(millis?<?0)?{
throw?new?IllegalArgumentException("timeout?value?is?negative");
}
if?(millis?==?0)?{
while?(isAlive())?{
wait(0);
}
}?else?{
while?(isAlive())?{
long?delay?=?millis?-?now;
if?(delay?<=?0)?{
break;
}
wait(delay);
now?=?System.currentTimeMillis()?-?base;
}
}
}
public?final?synchronized?void?join(long?millis,?int?nanos)
throws?InterruptedException?{
if?(millis?<?0)?{
throw?new?IllegalArgumentException("timeout?value?is?negative");
}
if?(nanos?<?0?||?nanos?>?999999)?{
throw?new?IllegalArgumentException(
"nanosecond?timeout?value?out?of?range");
}
if?(nanos?>=?500000?||?(nanos?!=?0?&&?millis?==?0))?{
millis++;
}
join(millis);
}
public?final?void?join()?throws?InterruptedException?{
join(0);
}
join()方法的使用場景往往是啟動(dòng)線程執(zhí)行任務(wù)的線程绢涡,調(diào)用執(zhí)行線程的join()方法遣疯,等待執(zhí)行線程執(zhí)行任務(wù),直到超時(shí)或者執(zhí)行線程終止数苫。
interrupt()方法
interrupt()方法是中斷當(dāng)前線程的方法,它通過設(shè)置線程的中斷標(biāo)志位來中斷當(dāng)前線程虐急。此時(shí)室梅,如果為線程設(shè)置了中斷標(biāo)志位疚宇,可能會(huì)拋出InteruptedExeption異常敷待,同時(shí)仁热,會(huì)清除當(dāng)前線程的中斷狀態(tài)。這種方式中斷線程比較安全举哟,它能使正在執(zhí)行的任務(wù)執(zhí)行能夠繼續(xù)執(zhí)行完畢迅矛,而不像stop()方法那樣強(qiáng)制線程關(guān)閉。代碼如下所示秽褒。
public?void?interrupt()?{
if?(this?!=?Thread.currentThread())
checkAccess();
synchronized?(blockerLock)?{
Interruptible?b?=?blocker;
if?(b?!=?null)?{
interrupt0();???????????//?Just?to?set?the?interrupt?flag
b.interrupt(this);
return;
}
}
//調(diào)用本地方法中斷線程
interrupt0();
}
private?native?void?interrupt0();
總結(jié)
作為技術(shù)人員销斟,要知其然,更要知其所以然约谈,我那個(gè)朋友技術(shù)本身不錯(cuò),各種框架拿來就用棱诱,基本沒看過常用的框架源碼和JDK中常用的API特纤,屬于那種CRUD型程序員,這次面試就栽在了一個(gè)簡單的Thread類上粪躬,所以昔穴,大家在學(xué)會(huì)使用的時(shí)候,一定要了解下底層的實(shí)現(xiàn)才好坝具搿宙搬!