Java--☀️深入jdk和hotspot源码❤️‍研究Thread底层执行run()、start()方法的过程⭐

吾日三省贾斯汀 发表于 2021/09/27 18:49:21 2021/09/27
【摘要】 【学习背景】今天主要是来了解Java线程Thread中的run()、start()两个方法的执行有哪些区别,会给出一个简单的测试代码样例,快速理解两者的区别,再从源码层面去追溯start()底层是如何最终调用Thread#run()方法的,个人觉得这样的学习不论对面试,还是实际编程来说都是比较有帮助的。进入正文~@TOC 一、代码测试执行Thread的run()、start()方法的测试代码...

【学习背景】

今天主要是来了解Java线程Thread中的run()start()两个方法的执行有哪些区别,会给出一个简单的测试代码样例,快速理解两者的区别,再从源码层面去追溯start()底层是如何最终调用Thread#run()方法的,个人觉得这样的学习不论对面试,还是实际编程来说都是比较有帮助的。

进入正文~


@TOC

一、代码测试

执行Thread的run()、start()方法的测试代码如下:

public class MyThread {
    public static void print() {
        System.out.println("print...");
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("执行print()方法的线程是:" + Thread.currentThread().getName());
                print();
            }
        };
        System.out.println("一、调用run()方法的线程是:" + Thread.currentThread().getName());
        thread1.run();

        Thread.sleep(1000);

        System.out.println("二、调用start()方法的线程是:" + Thread.currentThread().getName());
        thread1.start();
    }
}

测试结果:

一、调用run()方法的线程是:main
执行print()方法的线程是:main
print...
main
二、调用start()方法的线程是:main
执行print()方法的线程是:Thread-0
print...
Thread-0

简单总结:

  • run()方法调用和执行重写的代码块都是由main主线程来完成的;
  • start()方法调用是有main()主线程来调用,但是重写的代码块是由非main主线程来执行的。

二、源码分析

2.1 run()方法

通过线程调用run()方法,这个其实很简单,比如前面测试代码执行run方法:

thread1.run();

Ctrl + 鼠标左键,进入到java.lang.Threadrun()方法的源码:

    @Override
    public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();
        }
    }

再Ctrl + Alt + 鼠标左键,定位前面测试类MyThread中重写的run()方法
在这里插入图片描述
可以发现,直接就调用到重写的run()方法了,并且,你可以重复调用多次,而且每一次都是由main主线程调用run()方法,然后非main主线程,执行run()方法代码块
在这里插入图片描述
虽然run()方法也可以直接执行到重写的代码块,不过实际当中,按规范来说,不会直接调用run()执行,而是通过start()方法来开启线程,start()方法底层会判断线程的状态,开启线程,最终调用run()方法并结束线程状态,往后了解。

2.2 start()方法

Oracle JDK源码stat()方法:

public class Thread implements Runnable {
   ...
   private ThreadGroup group;
   private volatile int threadStatus = 0;
   ...   
   public synchronized void start() {
        //如果线程状态不是0-新建,则抛异常
        if (threadStatus != 0)
            throw new IllegalThreadStateException();

        //将当前线程添加到线程组
        group.add(this);
		
		//线程是否开启,默认false-未开启
        boolean started = false;
        try {
            //调用native本地方法(最终调用run()方法的核心入口)
            start0();
            //执行完start0,说明线程已正常启动
            started = true;
        } finally {
            try {
                if (!started) {
                    //线程启动失败,则从线程组中将该线程删除
                    group.threadStartFailed(this);
                }
            } catch (Throwable ignore) {
                ...
            }
        }
    }

难点和重点是调用的start0()方法,这是一个native(本地方法/底层方法),源码:

//native本地方法,底层开启异步线程,由JVM创建并启动线程,并最终调用run()方法
private native void start0();

由于Oracle JDK对于native本地方法的源码隐藏了具体实现,可以去Open JDK官方或Github下载源码

以下载open jdk8最新的源码版本jdk8u60为例,需要下载jdkhotspot两种源码来研究


不过现在OpenJDK的源码已经放到GitHub,可以直接去GitHub下载,而且jdk源码和hotspot源码直接放一起了,省事,这里以下载jdk8-b60示例,下载地址:

https://github.com/openjdk/jdk/releases/tag/jdk8-b60

下载完解压,主要关注jdk和hotspot这两个源码目录:
在这里插入图片描述
使用相关工具,比如Scource Insight查看底层方法native stat0具体源码实现
(教程)安装Scource Insight
(教程)使用Scource Insight打开OpenJDK源码
在这里插入图片描述

接下来通过Scource Insight查看底层方法start0是如何一步步,最终由主线程调用Thread#run()方法的源码分析过程

首先查看
源码文件:\jdk-jdk8-b60\jdk\src\share\native\java\lang\ Thread.c
关键源码:JVM_StartThread

static JNINativeMethod methods[] = {
    {"start0",           "()V",        (void *)&JVM_StartThread},//JVM开启线程的主入口
    {"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},
};

源码文件:\jdk-jdk8-b60\hotspot\src\share\vm\prims\ jvm.cpp
关键源码:new JavaThread

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

  {
    MutexLocker mu(Threads_lock);

    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));
      size_t sz = size > 0 ? (size_t) size : 0;
      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());
  }

  assert(native_thread != NULL, "Starting null thread?");

  if (native_thread->osthread() == NULL) {
    delete native_thread;
    if (JvmtiExport::should_post_resource_exhausted()) {
      JvmtiExport::post_resource_exhausted(
        JVMTI_RESOURCE_EXHAUSTED_OOM_ERROR | JVMTI_RESOURCE_EXHAUSTED_THREADS,
        "unable to create new native thread");
    }
    THROW_MSG(vmSymbols::java_lang_OutOfMemoryError(),
              "unable to create new native thread");
  }

  Thread::start(native_thread);

JVM_END

源码文件:\jdk-jdk8-b60\hotspot\src\share\vm\prims\ jvm.cpp
关键源码:set_thread_status*RUNNABLE**

void Thread::start(Thread* thread) {
  trace("start", thread);
  if (!DisableStartThread) {
    if (thread->is_Java_thread()) {
      java_lang_Thread::set_thread_status(((JavaThread*)thread)->threadObj(),
                                          java_lang_Thread::RUNNABLE);//设置线程状态为RUNNABLE-运行状态
    }
    os::start_thread(thread);
  }
}

源码文件:\jdk-jdk8-b60\hotspot\src\share\vm\runtime\ os.cpp
关键源码:osthread->set_state(RUNNABLE)

void os::start_thread(Thread* thread) {
  // guard suspend/resume
  MutexLockerEx ml(thread->SR_lock(), Mutex::_no_safepoint_check_flag);
  OSThread* osthread = thread->osthread();
  osthread->set_state(RUNNABLE);//设置线程状态为RUNNABLE-运行状态, 子线程可以开始执行thread->run()
  pd_start_thread(thread);
}

源码文件:\jdk-jdk8-b60\hotspot\src\os\linux\vm\ os_linux.cpp
关键源码:sync_with_child->notify()

void os::pd_start_thread(Thread* thread) {
  OSThread * osthread = thread->osthread();
  assert(osthread->get_state() != INITIALIZED, "just checking");
  Monitor* sync_with_child = osthread->startThread_lock();
  MutexLockerEx ml(sync_with_child, Mutex::_no_safepoint_check_flag);
  //这里就是最终父线程调用thread->run()方法的主入口
  sync_with_child->notify();
}

所以调用线程的start()方法,底层主要执行过程为:
在这里插入图片描述

三、使用总结

run()和start()方法的区别?

  • 调用run()方法和执行重写run()方法的代码块都是由main主线程来完成的;
  • 调用start()方法是由main主线程来调用,但是重写的run()方法代码块是由非main主线程来执行的。
  • 除此之外,start()方法JDK底层Thread源码的start()方法中,会判断线程状态是否是新建状态,如果不是则抛异常IllegalThreadStateException-线程状态不合法异常
  • 并且后续会调用一个native start0()本地方法,本地方法是底层方法,Oracle JDK源码隐藏了native的具体实现,通过Open JDK的jdk源码和hotspot源码,查看native start0的底层源码,可以看到主要由c和c++实现的,start0会通过JVM_StartThread开启线程,并new JavaThread一个native_thread本地线程,然后设置线程状态为RUNNABLE运行状态,最后通过一个notify()方法实现主线程调用Thread#run()方法,程序结束后,线程状态会变成终止状态
  • 因此实际开发当中,应该规范的通过线程调用start()方法来开启线程。

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在这里插入图片描述

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