高并發(fā):工作7年的朋友面試騰訊竟然被Thread類虐的體無完膚

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!

?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請(qǐng)聯(lián)系作者
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