基于JDK 1.8來分析Thread類的源碼
前言
最近和一個工作了7年的朋友聊天，他跟我說起了他去XXX公司面試的情況，面試官的一個問題把他打懵了！竟然問他：你經常使用Thread類創(chuàng)建線程，那你看過Thread類的源碼嗎？Thread類創(chuàng)建線程的流程是什么？如何中斷一個正在執(zhí)行的線程？我這個朋友平時覺得Thread類非常簡單，自然是沒看過Thread類的源碼，然后，就沒有然后了！??！
所以，我們學習技術不僅需要知其然，更需要知其所以然，今天，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來進行分析的。
Thread類的繼承關系
我們可以使用下圖來表示Thread類的繼承關系。
由上圖我們可以看出，Thread類實現了Runnable接口，而Runnable在JDK 1.8中被@FunctionalInterface注解標記為函數式接口，Runnable接口在JDK 1.8中的源代碼如下所示。
@FunctionalInterface
publicinterfaceRunnable{
publicabstractvoidrun();
}
Runnable接口的源碼比較簡單，只是提供了一個run()方法，這里就不再贅述了。
接下來，我們再來看看@FunctionalInterface注解的源碼，如下所示。
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
public@interfaceFunctionalInterface{}
可以看到，@FunctionalInterface注解聲明標記在Java類上，并在程序運行時生效。
Thread類的源碼剖析
Thread類定義
Thread在java.lang包下，Thread類的定義如下所示。
publicclassThreadimplementsRunnable{
加載本地資源
打開Thread類后，首先，我們會看到在Thread類的最開始部分，定義了一個靜態(tài)本地方法registerNatives()，這個方法主要用來注冊一些本地系統(tǒng)的資源。并在靜態(tài)代碼塊中調用這個本地方法，如下所示。
//定義registerNatives()本地方法注冊系統(tǒng)資源
privatestaticnativevoidregisterNatives();
static{
//在靜態(tài)代碼塊中調用注冊本地系統(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。
//當前線程的名稱 privatevolatileStringname; //線程的優(yōu)先級 privateintpriority; privateThreadthreadQ; privatelongeetop; //當前線程是否是單步線程 privatebooleansingle_step; //當前線程是否在后臺運行 privatebooleandaemon=false; //Java虛擬機的狀態(tài) privatebooleanstillborn=false; //真正在線程中執(zhí)行的任務 privateRunnabletarget; //當前線程所在的線程組 privateThreadGroupgroup; //當前線程的類加載器 privateClassLoadercontextClassLoader; //訪問控制上下文 privateAccessControlContextinheritedAccessControlContext; //為匿名線程生成名稱的編號 privatestaticintthreadInitNumber; //與此線程相關的ThreadLocal,這個Map維護的是ThreadLocal類 ThreadLocal.ThreadLocalMapthreadLocals=null; //與此線程相關的ThreadLocal ThreadLocal.ThreadLocalMapinheritableThreadLocals=null; //當前線程請求的堆棧大小，如果未指定堆棧大小，則會交給JVM來處理 privatelongstackSize; //線程終止后存在的JVM私有狀態(tài) privatelongnativeParkEventPointer; //線程的id privatelongtid; //用于生成線程id privatestaticlongthreadSeqNumber; //當前線程的狀態(tài)，初始化為0，代表當前線程還未啟動 privatevolatileintthreadStatus=0; //由（私有）java.util.concurrent.locks.LockSupport.setBlocker設置 //使用java.util.concurrent.locks.LockSupport.getBlocker訪問 volatileObjectparkBlocker; //Interruptible接口中定義了interrupt方法，用來中斷指定的線程 privatevolatileInterruptibleblocker; //當前線程的內部鎖 privatefinalObjectblockerLock=newObject(); //線程擁有的最小優(yōu)先級 publicfinalstaticintMIN_PRIORITY=1; //線程擁有的默認優(yōu)先級 publicfinalstaticintNORM_PRIORITY=5; //線程擁有的最大優(yōu)先級 publicfinalstaticintMAX_PRIORITY=10;
從Thread類的成員變量，我們可以看出，Thread類本質上不是一個任務，它是一個實實在在的線程對象，在Thread類中擁有一個Runnable類型的成員變量target，而這個target成員變量就是需要在Thread線程對象中執(zhí)行的任務。
線程的狀態(tài)定義
在Thread類的內部，定義了一個枚舉State，如下所示。
publicenumState{
//初始化狀態(tài)
NEW,
//可運行狀態(tài)，此時的可運行包括運行中的狀態(tài)和就緒狀態(tài)
RUNNABLE,
//線程阻塞狀態(tài)
BLOCKED,
//等待狀態(tài)
WAITING,
//超時等待狀態(tài)
TIMED_WAITING,
//線程終止狀態(tài)
TERMINATED;
}
這個枚舉類中的狀態(tài)就代表了線程生命周期的各狀態(tài)。我們可以使用下圖來表示線程各個狀態(tài)之間的轉化關系。
NEW：初始狀態(tài)，線程被構建，但是還沒有調用start()方法。
RUNNABLE：可運行狀態(tài)，可運行狀態(tài)可以包括：運行中狀態(tài)和就緒狀態(tài)。
BLOCKED：阻塞狀態(tài)，處于這個狀態(tài)的線程需要等待其他線程釋放鎖或者等待進入synchronized。
WAITING：表示等待狀態(tài)，處于該狀態(tài)的線程需要等待其他線程對其進行通知或中斷等操作，進而進入下一個狀態(tài)。
TIME_WAITING：超時等待狀態(tài)。可以在一定的時間自行返回。
TERMINATED：終止狀態(tài)，當前線程執(zhí)行完畢。
Thread類的構造方法
Thread類中的所有構造方法如下所示。
publicThread(){
init(null,null,"Thread-"+nextThreadNum(),0);
}
publicThread(Runnabletarget){
init(null,target,"Thread-"+nextThreadNum(),0);
}
Thread(Runnabletarget,AccessControlContextacc){
init(null,target,"Thread-"+nextThreadNum(),0,acc,false);
}
publicThread(ThreadGroupgroup,Runnabletarget){
init(group,target,"Thread-"+nextThreadNum(),0);
}
publicThread(Stringname){
init(null,null,name,0);
}
publicThread(ThreadGroupgroup,Stringname){
init(group,null,name,0);
}
publicThread(Runnabletarget,Stringname){
init(null,target,name,0);
}
publicThread(ThreadGroupgroup,Runnabletarget,Stringname){
init(group,target,name,0);
}
publicThread(ThreadGroupgroup,Runnabletarget,Stringname,
longstackSize){
init(group,target,name,stackSize);
}
其中，我們最經常使用的就是如下幾個構造方法了。
publicThread(){
init(null,null,"Thread-"+nextThreadNum(),0);
}
publicThread(Runnabletarget){
init(null,target,"Thread-"+nextThreadNum(),0);
}
publicThread(Stringname){
init(null,null,name,0);
}
publicThread(ThreadGroupgroup,Stringname){
init(group,null,name,0);
}
publicThread(Runnabletarget,Stringname){
init(null,target,name,0);
}
publicThread(ThreadGroupgroup,Runnabletarget,Stringname){
init(group,target,name,0);
}
通過Thread類的源碼，我們可以看出，Thread類在進行初始化的時候，都是調用的init()方法，接下來，我們看看init()方法是個啥。
init()方法
privatevoidinit(ThreadGroupg,Runnabletarget,Stringname,longstackSize){
init(g,target,name,stackSize,null,true);
}
privatevoidinit(ThreadGroupg,Runnabletarget,Stringname,
longstackSize,AccessControlContextacc,
booleaninheritThreadLocals){
//線程的名稱為空，拋出空指針異常
if(name==null){
thrownewNullPointerException("namecannotbenull");
}
this.name=name;
Threadparent=currentThread();
//獲取系統(tǒng)安全管理器
SecurityManagersecurity=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限
g.checkAccess();
//檢查權限
if(security!=null){
if(isCCLOverridden(getClass())){
security.checkPermission(SUBCLASS_IMPLEMENTATION_PERMISSION);
}
}
g.addUnstarted();
//當前線程繼承父線程的相關屬性
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);
/*StashthespecifiedstacksizeincasetheVMcares*/
this.stackSize=stackSize;
//設置線程id
tid=nextThreadID();
}
Thread類中的構造方法是被創(chuàng)建Thread線程的線程調用的，此時，調用Thread的構造方法創(chuàng)建線程的線程就是父線程，在init()方法中，新創(chuàng)建的Thread線程會繼承父線程的部分屬性。
run()方法
既然Thread類實現了Runnable接口，則Thread類就需要實現Runnable接口的run()方法，如下所示。
@Override
publicvoidrun(){
if(target!=null){
target.run();
}
}
可以看到，Thread類中的run()方法實現非常簡單，只是調用了Runnable對象的run()方法。所以，真正的任務是運行在run()方法中的。
另外，需要注意的是：直接調用Runnable接口的run()方法不會創(chuàng)建新線程來執(zhí)行任務，如果需要創(chuàng)建新線程執(zhí)行任務，則需要調用Thread類的start()方法。
start()方法
publicsynchronizedvoidstart(){
//線程不是初始化狀態(tài)，則直接拋出異常
if(threadStatus!=0)
thrownewIllegalThreadStateException();
//添加當前啟動的線程到線程組
group.add(this);
//標記線程是否已經啟動
booleanstarted=false;
try{
//調用本地方法啟動線程
start0();
//將線程是否啟動標記為true
started=true;
}finally{
try{
//線程未啟動成功
if(!started){
//將線程在線程組里標記為啟動失敗
group.threadStartFailed(this);
}
}catch(Throwableignore){
/*donothing.Ifstart0threwaThrowablethen
itwillbepassedupthecallstack*/
}
}
}
privatenativevoidstart0();
從start()方法的源代碼，我們可以看出：start()方法使用synchronized關鍵字修飾，說明start()方法是同步的，它會在啟動線程前檢查線程的狀態(tài)，如果不是初始化狀態(tài)，則直接拋出異常。所以，一個線程只能啟動一次，多次啟動是會拋出異常的。
這里，也是面試的一個坑：面試官：【問題一】能不能多次調用Thread類的start()方法來啟動線程嗎？【問題二】多次調用Thread線程的start()方法會發(fā)生什么？【問題三】為什么會拋出異常？
調用start()方法后，新創(chuàng)建的線程就會處于就緒狀態(tài)（如果沒有分配到CPU執(zhí)行），當有空閑的CPU時，這個線程就會被分配CPU來執(zhí)行，此時線程的狀態(tài)為運行狀態(tài)，JVM會調用線程的run()方法執(zhí)行任務。
sleep()方法
sleep()方法可以使當前線程休眠，其代碼如下所示。
//本地方法，真正讓線程休眠的方法
publicstaticnativevoidsleep(longmillis)throwsInterruptedException;
publicstaticvoidsleep(longmillis,intnanos)
throwsInterruptedException{
if(millis999999){
thrownewIllegalArgumentException(
"nanosecondtimeoutvalueoutofrange");
}
if(nanos>=500000||(nanos!=0&&millis==0)){
millis++;
}
//調用本地方法
sleep(millis);
}
sleep()方法會讓當前線程休眠一定的時間，這個時間通常是毫秒值，這里需要注意的是：調用sleep()方法使線程休眠后，線程不會釋放相應的鎖。
join()方法
join()方法會一直等待線程超時或者終止，代碼如下所示。
publicfinalsynchronizedvoidjoin(longmillis)
throwsInterruptedException{
longbase=System.currentTimeMillis();
longnow=0;
if(millis999999){
thrownewIllegalArgumentException(
"nanosecondtimeoutvalueoutofrange");
}
if(nanos>=500000||(nanos!=0&&millis==0)){
millis++;
}
join(millis);
}
publicfinalvoidjoin()throwsInterruptedException{
join(0);
}
join()方法的使用場景往往是啟動線程執(zhí)行任務的線程，調用執(zhí)行線程的join()方法，等待執(zhí)行線程執(zhí)行任務，直到超時或者執(zhí)行線程終止。
interrupt()方法
interrupt()方法是中斷當前線程的方法，它通過設置線程的中斷標志位來中斷當前線程。此時，如果為線程設置了中斷標志位，可能會拋出InteruptedExeption異常，同時，會清除當前線程的中斷狀態(tài)。這種方式中斷線程比較安全，它能使正在執(zhí)行的任務執(zhí)行能夠繼續(xù)執(zhí)行完畢，而不像stop()方法那樣強制線程關閉。代碼如下所示。
publicvoidinterrupt(){
if(this!=Thread.currentThread())
checkAccess();
synchronized(blockerLock){
Interruptibleb=blocker;
if(b!=null){
interrupt0();//Justtosettheinterruptflag
b.interrupt(this);
return;
}
}
//調用本地方法中斷線程
interrupt0();
}
privatenativevoidinterrupt0();
總結
作為技術人員，要知其然，更要知其所以然，我那個朋友技術本身不錯，各種框架拿來就用，基本沒看過常用的框架源碼和JDK中常用的API，屬于那種CRUD型程序員，這次面試就栽在了一個簡單的Thread類上，所以，大家在學會使用的時候，一定要了解下底層的實現才好??！
審核編輯：劉清
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原文標題：一文講盡Thread類的源碼精髓
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