• 线程启动与终止原理


    线程启动原理

    当用start()开始一个线程后,线程就进入就绪状态,使线程所代表的虚拟处理机处于可运行状态,这意味着它可以由JVM调度并执行;但是这并不意味着线程就会立即运行,只有当cpu分配时间片时,这个线程获得时间片时,才开始执行run()方法;start()方法去调用run(),而run()方法则是需要去重写的,其包含的是线程的主体(真正的逻辑)。在我最早学习线程的时候会比较疑惑,启动一个线程为什么是调用 start 方法,而不是 run 方法,这做一个简单的分析,先简单看一下 start 方法的定义

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    我们看到调用 start 方法实际上是调用一个 native 方法start0()来启动一个线程,首先 start0()这个方法是在Thread 的静态块中来注册的,代码如下:

    image-20201119150610260

    registerNatives 的 本 地 方 法 的 定 义 在 文 件Thread.c,Thread.c 定义了各个操作系统平台要用的关于线

    程的公共数据和操作,以下是 Thread.c 的全部内容和链接: Thread.c

    image-20201119150950469

    从 这 段 代 码 可 以 看 出 , start0() , 实 际 会 执 行JVM_StartThread 方法,这个方法是干嘛的呢? 从名字上来看,似乎是在 JVM 层面去启动一个线程,如果真的是这样,那么在 JVM 层面,一定会调用 Java 中定义的 run 方法。那接下来继续去找找答案。我们找到 jvm.cpp 这个文件;这个文件需要下载 hotspot 的源码才能找到.

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    JVM_ENTRY 是用来定义 JVM_StartThread 函数的,在这个函数里面创建了一个真正和平台有关的本地线程. 本着打破砂锅查到底的原则,继续看看 newJavaThread 做了什么事情,继续寻找 JavaThread 的定义在 hotspot 的源码中 thread.cpp 文件中 1558 行的位置可以找到如下代码:

    image-20201119152224222

    这个方法有两个参数,第一个是函数名称,线程创建成功之后会根据这个函数名称调用对应的函数;第二个是当前进程内已经有的线程数量。最后我们重点关注与一下os::create_thread,实际就是调用平台创建线程的方法来创建线程。接下来就是线程的启动,会调用 Thread.cpp 文件中的Thread::start(Thread* thread)方法,代码如下

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    start 方法中有一个函数调用: os::start_thread(thread);,调用操作系统平台启动线程的方法,最终会调用 Thread.cpp 文件中的 JavaThread::run()方法

    线程终止原理

    线程的终止,并不是简单的调用 stop 命令去。虽然 api 仍然可以调用,但是和其他的线程控制方法如 suspend、resume 一样都是过期了的不建议使用,就拿 stop 来说,stop 方法在结束一个线程时并不会保证线程的资源正常释放,因此会导致程序可能出现一些不确定的状态。要优雅的去中断一个线程,在线程中提供了一个 interrupt方法

    interrupt 方法

    当其他线程通过调用当前线程的 interrupt 方法,表示向当前线程打个招呼,告诉他可以中断线程的执行了,至于什么时候中断,取决于当前线程自己。线程通过检查资深是否被中断来进行相应,可以通过isInterrupted()来判断是否被中断。通过下面这个例子,来实现了线程终止的逻辑

    public class InterruptDemo {
       private static int i;

       public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
           Thread thread = new Thread(() -> {
               while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) { //默认情况下isInterrupted 返回 false、通过 thread.interrupt 变成了 true
                   i++;
              }
               System.out.println("Num:" + i);
          }, "interruptDemo");
           thread.start();
           TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
           thread.interrupt(); //加和不加的效果
      }
    }

    这种通过标识位或者中断操作的方式能够使线程在终止时有机会去清理资源,而不是武断地将线程停止,因此这种终止线程的做法显得更加安全和优雅。

    Thread.interrupted

    上面的案例中,通过 interrupt,设置了一个标识告诉线程可以终止了 , 线程中还提供了静态方法Thread.interrupted()对设置中断标识的线程复位。比如在上面的案例中,外面的线程调用 thread.interrupt 来设置中断标识,而在线程里面,又通Thread.interrupted 把线程的标识又进行了复位

    其他的线程复位

    除了通过 Thread.interrupted 方法对线程中断标识进行复位以外 ,还有一 种被动复位的场景 , 就是对抛出InterruptedException 异常 的方法 , 在InterruptedException 抛出之前,JVM 会先把线程的中断标识位清除,然后才会抛出 InterruptedException,这个时候如果调用 isInterrupted 方法,将会返回 false

    为什么要复位

    Thread.interrupted()是属于当前线程的,是当前线程对外界中断信号的一个响应,表示自己已经得到了中断信号,但不会立刻中断自己,具体什么时候中断由自己决定,让外界知道在自身中断前,他的中断状态仍然是 false,这就是复位的原因。

    原理

    我们来看一下 thread.interrupt()方法做了什么事情

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    这个方法里面,调用了 interrupt0(),这个方法在前面分析start 方法的时候见过,是一个 native 方法,这里就不再重复贴代码了,同样,我们找到 jvm.cpp 文件,找到JVM_Interrupt 的定义

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    这个方法比较简单,直接调用了 Thread::interrupt(thr)这个方法,这个方法的定义在 Thread.cpp 文件中,代码如下

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    Thread::interrupt 方法调用了 os::interrupt 方法,这个是调用平台的 interrupt 方法,这个方法的实现是在 os_*.cpp文件中,其中星号代表的是不同平台,因为 jvm 是跨平台的,所以对于不同的操作平台,线程的调度方式都是不一样的。我们以 os_linux.cpp 文件为例

    image-20201119162651366

    这是带注解的版本:

    image-20201119163947586

    set_interrupted(true)实际上就是调用 osThread.hpp 中的set_interrupted()方法,在 osThread 中定义了一个成员属性 volatile jint _interrupted;

    通过上面的代码分析可以知道,thread.interrupt()方法实际就是设置一个 interrupted 状态标识为 true、并且通过ParkEvent 的 unpark 方法来唤醒线程。

    1. 对于 synchronized 阻塞的线程,被唤醒以后会继续尝试获取锁,如果失败仍然可能被 park

    2. 在调用 ParkEvent 的 park 方法之前,会先判断线程的中断状态,如果为 true,会清除当前线程的中断标识

    3. Object.wait 、 Thread.sleep 、 Thread.join 会 抛 出InterruptedException这里给大家普及一个知识点,为什么 Object.wait、

    Thread.sleep 和Thread.join都会抛出InterruptedException? 你会发现这几个方法有一个共同点,都是属于阻塞的方法而阻塞方法的释放会取决于一些外部的事件,但是阻塞方法可能因为等不到外部的触发事件而导致无法终止,所以它允许一个线程请求自己来停止它正在做的事情。当一个方法抛出 InterruptedException 时,它是在告诉调用者如果执行该方法的线程被中断,它会尝试停止正在做的事情并且通过抛出 InterruptedException 表示提前返回。所以,这个异常的意思是表示一个阻塞被其他线程中断了。然后 ,由于线程调用interrupt() 中 断 方 法 , 那 么Object.wait、Thread.sleep 等被阻塞的线程被唤醒以后会通过 is_interrupted 方法判断中断标识的状态变化,如果发现中断标识为 true,则先清除中断标识,然后抛出InterruptedException需要注意的是,InterruptedException 异常的抛出并不意味着线程必须终止,而是提醒当前线程有中断的操作发生,至于接下来怎么处理取决于线程本身,比如

    1. 直接捕获异常不做任何处理

    2. 将异常往外抛出

    3. 停止当前线程,并打印异常信息

    为了让大家能够更好的理解上面这段话 ,我们以Thread.sleep 为例直接从 jdk 的源码中找到中断标识的清除以及异常抛出的方法代码找 到 is_interrupted() 方法, linux 平 台 中 的 实 现 在os_linux.cpp 文件中,代码如下

    image-20201119164329436

    找到 Thread.sleep 这个操作在 jdk 中的源码体现,怎么找?相信如果前面大家有认真看的话,应该能很快找到,代码

    在 jvm.cpp 文件中

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    注意上面加了中文注释的地方的代码,先判断is_interrupted 的 状 态 , 然 后 抛 出 一 个InterruptedException 异常。到此为止,我们就已经分析清楚了中断的整个流程。

     

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