摘要:前言中的线程是使用类实现的,在初学的时候就学过了,也在实践中用过,不过一直没从源码的角度去看过它的实现,今天从源码的角度出发,再次学习,愿此后对的实践更加得心应手。如果一个线程已经启动并且尚未死亡,则该线程处于活动状态。
前言
Java中的线程是使用Thread类实现的,Thread在初学Java的时候就学过了,也在实践中用过,不过一直没从源码的角度去看过它的实现,今天从源码的角度出发,再次学习Java Thread,愿此后对Thread的实践更加得心应手。
从注释开始相信阅读过JDK源码的同学都能感受到JDK源码中有非常详尽的注释,阅读某个类的源码应当先看看注释对它的介绍,注释原文就不贴了,以下是我对它的总结:
Thread是程序中执行的线程,Java虚拟机允许应用程序同时允许多个执行线程
每个线程都有优先级的概念,具有较高优先级的线程优先于优先级较低的线程执行
每个线程都可以被设置为守护线程
当在某个线程中运行的代码创建一个新的Thread对象时,新的线程优先级跟创建线程一致
当Java虚拟机启动的时候都会启动一个叫做main的线程,它没有守护线程,main线程会继续执行,直到以下情况发送
Runtime 类的退出方法exit被调用并且安全管理器允许进行退出操作
所有非守护线程均已死亡,或者run方法执行结束正常返回结果,或者run方法抛出异常
创建线程第一种方式:继承Thread类,重写run方法
//定义线程类 class PrimeThread extends Thread { long minPrime; PrimeThread(long minPrime) { this.minPrime = minPrime; } public void run() { // compute primes larger than minPrime . . . } } //启动线程 PrimeThread p = new PrimeThread(143); p.start();
创建线程第二种方式:实现Runnable接口,重写run方法,因为Java的单继承限制,通常使用这种方式创建线程更加灵活
//定义线程 class PrimeRun implements Runnable { long minPrime; PrimeRun(long minPrime) { this.minPrime = minPrime; } public void run() { // compute primes larger than minPrime . . . } } //启动线程 PrimeRun p = new PrimeRun(143); new Thread(p).start();
创建线程时可以给线程指定名字,如果没有指定,会自动为它生成名字
除非另有说明,否则将null参数传递给Thread类中的构造函数或方法将导致抛出 NullPointerException
Thread 常用属性阅读一个Java类,先从它拥有哪些属性入手:
//线程名称,创建线程时可以指定线程的名称 private volatile String name; //线程优先级,可以设置线程的优先级 private int priority; //可以配置线程是否为守护线程,默认为false private boolean daemon = false; //最终执行线程任务的`Runnable` private Runnable target; //描述线程组的类 private ThreadGroup group; //此线程的上下文ClassLoader private ClassLoader contextClassLoader; //所有初始化线程的数目,用于自动编号匿名线程,当没有指定线程名称时,会自动为其编号 private static int threadInitNumber; //此线程请求的堆栈大小,如果创建者没有指定堆栈大小,则为0。, 虚拟机可以用这个数字做任何喜欢的事情。, 一些虚拟机会忽略它。 private long stackSize; //线程id private long tid; //用于生成线程ID private static long threadSeqNumber; //线程状态 private volatile int threadStatus = 0; //线程可以拥有的最低优先级 public final static int MIN_PRIORITY = 1; //分配给线程的默认优先级。 public final static int NORM_PRIORITY = 5; //线程可以拥有的最大优先级 public final static int MAX_PRIORITY = 10;
所有的属性命名都很语义化,其实已看名称基本就猜到它是干嘛的了,难度不大~~
Thread 构造方法了解了属性之后,看看Thread实例是怎么构造的?先预览下它大致有多少个构造方法:
查看每个构造方法内部源码,发现均调用的是名为init的私有方法,再看init方法有两个重载,而其核心方法如下:
/** * Initializes a Thread. * * @param g 线程组 * @param target 最终执行任务的 `run()` 方法的对象 * @param name 新线程的名称 * @param stackSize 新线程所需的堆栈大小,或者 0 表示要忽略此参数 * @param acc 要继承的AccessControlContext,如果为null,则为 AccessController.getContext() * @param inheritThreadLocals 如果为 true,从构造线程继承可继承的线程局部的初始值 */ private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name, long stackSize, AccessControlContext acc, boolean inheritThreadLocals) { //线程名称为空,直接抛出空指针异常 if (name == null) { throw new NullPointerException("name cannot be null"); } //初始化当前线程对象的线程名称 this.name = name; //获取当前正在执行的线程为父线程 Thread parent = currentThread(); //获取系统安全管理器 SecurityManager security = System.getSecurityManager(); //如果线程组为空 if (g == null) { //如果安全管理器不为空 if (security != null) { //获取SecurityManager中的线程组 g = security.getThreadGroup(); } //如果获取的线程组还是为空 if (g == null) { //则使用父线程的线程组 g = parent.getThreadGroup(); } } //检查安全权限 g.checkAccess(); //使用安全管理器检查是否有权限 if (security != null) { if (isCCLOverridden(getClass())) { security.checkPermission(SUBCLASS_IMPLEMENTATION_PERMISSION); } } //线程组中标记未启动的线程数+1,这里方法是同步的,防止出现线程安全问题 g.addUnstarted(); //初始化当前线程对象的线程组 this.group = g; //初始化当前线程对象的是否守护线程属性,注意到这里初始化时跟父线程一致 this.daemon = parent.isDaemon(); //初始化当前线程对象的线程优先级属性,注意到这里初始化时跟父线程一致 this.priority = parent.getPriority(); //这里初始化类加载器 if (security == null || isCCLOverridden(parent.getClass())) this.contextClassLoader = parent.getContextClassLoader(); else this.contextClassLoader = parent.contextClassLoader; this.inheritedAccessControlContext = acc != null ? acc : AccessController.getContext(); //初始化当前线程对象的最终执行任务对象 this.target = target; //这里再对线程的优先级字段进行处理 setPriority(priority); if (inheritThreadLocals && parent.inheritableThreadLocals != null) this.inheritableThreadLocals = ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals); //初始化当前线程对象的堆栈大小 this.stackSize = stackSize; //初始化当前线程对象的线程ID,该方法是同步的,内部实际上是threadSeqNumber++ tid = nextThreadID(); }
另一个重载init私有方法如下,实际上内部调用的是上述init方法:
private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name, long stackSize) { init(g, target, name, stackSize, null, true); }
接下来看看所有构造方法:
空构造方法
public Thread() { init(null, null, "Thread-" + nextThreadNum(), 0); }
内部调用的是init第二个重载方法,参数基本都是默认值,线程名称写死为"Thread-" + nextThreadNum()格式,nextThreadNum()为一个同步方法,内部维护一个静态属性表示线程的初始化数量+1:
private static int threadInitNumber; private static synchronized int nextThreadNum() { return threadInitNumber++; }
自定义执行任务Runnable对象的构造方法
public Thread(Runnable target) { init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0); }
与第一个构造方法区别在于可以自定义Runnable对象
自定义执行任务Runnable对象和AccessControlContext对象的构造方法
Thread(Runnable target, AccessControlContext acc) { init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0, acc, false); }
自定义线程组ThreadGroup和执行任务Runnable对象的构造方法
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target) { init(group, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0); }
自定义线程名称name的构造方法
public Thread(String name) { init(null, null, name, 0); }
自定义线程组ThreadGroup和线程名称name的构造方法
public Thread(ThreadGroup group, String name) { init(group, null, name, 0); }
自定义执行任务Runnable对象和线程名称name的构造方法
public Thread(Runnable target, String name) { init(null, target, name, 0); }
自定义线程组ThreadGroup和线程名称name和执行任务Runnable对象的构造方法
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name) { init(group, target, name, 0); }
全部属性都是自定义的构造方法
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name, long stackSize) { init(group, target, name, stackSize); }
Thread提供了非常灵活的重载构造方法,方便开发者自定义各种参数的Thread对象。
常用方法这里记录一些比较常见的方法吧,对于Thread中存在的一些本地方法,我们暂且不用管它~
设置线程名称设置线程名称,该方法为同步方法,为了防止出现线程安全问题,可以手动调用Thread的实例方法设置名称,也可以在构造Thread时在构造方法中传入线程名称,我们通常都是在构造参数时设置
public final synchronized void setName(String name) { //检查安全权限 checkAccess(); //如果形参为空,抛出空指针异常 if (name == null) { throw new NullPointerException("name cannot be null"); } //给当前线程对象设置名称 this.name = name; if (threadStatus != 0) { setNativeName(name); } }获取线程名称
内部直接返回当前线程对象的名称属性
public final String getName() { return name; }启动线程
public synchronized void start() { //如果不是刚创建的线程,抛出异常 if (threadStatus != 0) throw new IllegalThreadStateException(); //通知线程组,当前线程即将启动,线程组当前启动线程数+1,未启动线程数-1 group.add(this); //启动标识 boolean started = false; try { //直接调用本地方法启动线程 start0(); //设置启动标识为启动成功 started = true; } finally { try { //如果启动呢失败 if (!started) { //线程组内部移除当前启动的线程数量-1,同时启动失败的线程数量+1 group.threadStartFailed(this); } } catch (Throwable ignore) { /* do nothing. If start0 threw a Throwable then it will be passed up the call stack */ } } }
我们正常的启动线程都是调用Thread的start()方法,然后Java虚拟机内部会去调用Thred的run方法,可以看到Thread类也是实现Runnable接口,重写了run方法的:
@Override public void run() { //当前执行任务的Runnable对象不为空,则调用其run方法 if (target != null) { target.run(); } }
Thread的两种使用方式:
继承Thread类,重写run方法,那么此时是直接执行run方法的逻辑,不会使用 target.run();
实现Runnable接口,重写run方法,因为Java的单继承限制,通常使用这种方式创建线程更加灵活,这里真正的执行逻辑就会交给自定义Runnable去实现
设置守护线程本质操作是设置daemon属性
public final void setDaemon(boolean on) { //检查是否有安全权限 checkAccess(); //本地方法,测试此线程是否存活。, 如果一个线程已经启动并且尚未死亡,则该线程处于活动状态 if (isAlive()) { //如果线程先启动后再设置守护线程,将抛出异常 throw new IllegalThreadStateException(); } //设置当前守护线程属性 daemon = on; }判断线程是否为守护线程
public final boolean isDaemon() { //直接返回当前对象的守护线程属性 return daemon; }线程状态
先来个线程状态图:
获取线程状态:
public State getState() { //由虚拟机实现,获取当前线程的状态 return sun.misc.VM.toThreadState(threadStatus); }
线程状态主要由内部枚举类State组成:
public enum State { NEW, RUNNABLE, BLOCKED, WAITING, TIMED_WAITING, TERMINATED; }
NEW:刚刚创建,尚未启动的线程处于此状态
RUNNABLE:在Java虚拟机中执行的线程处于此状态
BLOCKED:被阻塞等待监视器锁的线程处于此状态,比如线程在执行过程中遇到synchronized同步块,就会进入此状态,此时线程暂停执行,直到获得请求的锁
WAITING:无限期等待另一个线程执行特定操作的线程处于此状态
通过 wait() 方法等待的线程在等待 notify() 方法
通过 join() 方法等待的线程则会等待目标线程的终止
TIMED_WAITING:正在等待另一个线程执行动作,直到指定等待时间的线程处于此状态
通过 wait() 方法,携带超时时间,等待的线程在等待 notify() 方法
通过 join() 方法,携带超时时间,等待的线程则会等待目标线程的终止
TERMINATED:已退出的线程处于此状态,此时线程无法再回到 RUNNABLE 状态
线程休眠这是一个静态的本地方法,使当前执行的线程休眠暂停执行 millis 毫秒,当休眠被中断时会抛出InterruptedException中断异常
/** * Causes the currently executing thread to sleep (temporarily cease * execution) for the specified number of milliseconds, subject to * the precision and accuracy of system timers and schedulers. The thread * does not lose ownership of any monitors. * * @param millis * the length of time to sleep in milliseconds * * @throws IllegalArgumentException * if the value of {@code millis} is negative * * @throws InterruptedException * if any thread has interrupted the current thread. The * interrupted status of the current thread is * cleared when this exception is thrown. */ public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;检查线程是否存活
本地方法,测试此线程是否存活。 如果一个线程已经启动并且尚未死亡,则该线程处于活动状态。
/** * Tests if this thread is alive. A thread is alive if it has * been started and has not yet died. * * @return线程优先级true
if this thread is alive; *false
otherwise. */ public final native boolean isAlive();
设置线程优先级
/** * Changes the priority of this thread. *线程中断* First the
checkAccess
method of this thread is called * with no arguments. This may result in throwing a *SecurityException
. ** Otherwise, the priority of this thread is set to the smaller of * the specified
newPriority
and the maximum permitted * priority of the thread"s thread group. * * @param newPriority priority to set this thread to * @exception IllegalArgumentException If the priority is not in the * rangeMIN_PRIORITY
to *MAX_PRIORITY
. * @exception SecurityException if the current thread cannot modify * this thread. * @see #getPriority * @see #checkAccess() * @see #getThreadGroup() * @see #MAX_PRIORITY * @see #MIN_PRIORITY * @see ThreadGroup#getMaxPriority() */ public final void setPriority(int newPriority) { //线程组 ThreadGroup g; //检查安全权限 checkAccess(); //检查优先级形参范围 if (newPriority > MAX_PRIORITY || newPriority < MIN_PRIORITY) { throw new IllegalArgumentException(); } if((g = getThreadGroup()) != null) { //如果优先级形参大于线程组最大线程最大优先级 if (newPriority > g.getMaxPriority()) { //则使用线程组的优先级数据 newPriority = g.getMaxPriority(); } //调用本地设置线程优先级方法 setPriority0(priority = newPriority); } }
有一个stop()实例方法可以强制终止线程,不过这个方法因为太过于暴力,已经被标记为过时方法,不建议程序员再使用,因为强制终止线程会导致数据不一致的问题。
这里关于线程中断的方法涉及三个:
//实例方法,通知线程中断,设置标志位 public void interrupt(){} //静态方法,检查当前线程的中断状态,同时会清除当前线程的中断标志位状态 public static boolean interrupted(){} //实例方法,检查当前线程是否被中断,其实是检查中断标志位 public boolean isInterrupted(){}
interrupt() 方法解析
/** * Interrupts this thread. * *Unless the current thread is interrupting itself, which is * always permitted, the {@link #checkAccess() checkAccess} method * of this thread is invoked, which may cause a {@link * SecurityException} to be thrown. * *
If this thread is blocked in an invocation of the {@link * Object#wait() wait()}, {@link Object#wait(long) wait(long)}, or {@link * Object#wait(long, int) wait(long, int)} methods of the {@link Object} * class, or of the {@link #join()}, {@link #join(long)}, {@link * #join(long, int)}, {@link #sleep(long)}, or {@link #sleep(long, int)}, * methods of this class, then its interrupt status will be cleared and it * will receive an {@link InterruptedException}. * *
If this thread is blocked in an I/O operation upon an {@link * java.nio.channels.InterruptibleChannel InterruptibleChannel} * then the channel will be closed, the thread"s interrupt * status will be set, and the thread will receive a {@link * java.nio.channels.ClosedByInterruptException}. * *
If this thread is blocked in a {@link java.nio.channels.Selector} * then the thread"s interrupt status will be set and it will return * immediately from the selection operation, possibly with a non-zero * value, just as if the selector"s {@link * java.nio.channels.Selector#wakeup wakeup} method were invoked. * *
If none of the previous conditions hold then this thread"s interrupt * status will be set.
* *Interrupting a thread that is not alive need not have any effect. * * @throws SecurityException * if the current thread cannot modify this thread * * @revised 6.0 * @spec JSR-51 */ public void interrupt() { //检查是否是自身调用 if (this != Thread.currentThread()) //检查安全权限,这可能导致抛出{@link * SecurityException}。 checkAccess(); //同步代码块 synchronized (blockerLock) { Interruptible b = blocker; //检查是否是阻塞线程调用 if (b != null) { //设置线程中断标志位 interrupt0(); //此时抛出异常,将中断标志位设置为false,此时我们正常会捕获该异常,重新设置中断标志位 b.interrupt(this); return; } } //如无意外,则正常设置中断标志位 interrupt0(); }
线程中断方法不会使线程立即退出,而是给线程发送一个通知,告知目标线程,有人希望你退出啦~
只能由自身调用,否则可能会抛出 SecurityException
调用中断方法是由目标线程自己决定是否中断,而如果同时调用了wait,join,sleep等方法,会使当前线程进入阻塞状态,此时有可能发生InterruptedException异常
被阻塞的线程再调用中断方法是不合理的
中断不活动的线程不会产生任何影响
检查线程是否被中断:
/** * Tests whether this thread has been interrupted. The interrupted * status of the thread is unaffected by this method. 测试此线程是否已被中断。, 线程的中断*状态 i>不受此方法的影响。 * *A thread interruption ignored because a thread was not alive * at the time of the interrupt will be reflected by this method * returning false. * * @return
true
if this thread has been interrupted; *false
otherwise. * @see #interrupted() * @revised 6.0 */ public boolean isInterrupted() { return isInterrupted(false); }
静态方法,会清空当前线程的中断标志位:
/** *测试当前线程是否已被中断。, 此方法清除线程的* 中断状态 i>。, 换句话说,如果要连续两次调用此方法,则* second调用将返回false(除非当前线程再次被中断,在第一次调用已清除其中断的*状态 之后且在第二次调用已检查之前), 它) * *总结A thread interruption ignored because a thread was not alive * at the time of the interrupt will be reflected by this method * returning false. * * @return
true
if the current thread has been interrupted; *false
otherwise. * @see #isInterrupted() * @revised 6.0 */ public static boolean interrupted() { return currentThread().isInterrupted(true); }
记录自己阅读Thread类源码的一些思考,不过对于其中用到的很多本地方法只能望而却步,还有一些代码没有看明白,暂且先这样吧,如果有不足之处,请留言告知我,谢谢!后续会在实践中对Thread做出更多总结记录。
最后由于篇幅较长,暂且先记录这些吧,后续会不定期更新原创文章,欢迎关注公众号 「张少林同学」!
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