join和wait

最近看多线程的时候发现对于join的理解有些错误，在网上查了不少资料，根据自己的理解整理了一下，这里之所以把join和wait放在一起，是因为join的底层实现就是基于wait的，一并讲解更容易理解。

wait

了解join就先需要了解wait，wait是线程间通信常用的信号量，作用就是让线程暂时停止运行，等待其他线程使用notify来唤醒或者达到一定条件自己苏醒。
wait是一个本地方法，属于Object类，其底层实现是JVM内部实现，是基于monitor对象监视锁。

//本地方法
public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;
//参数有纳秒和毫秒
public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException {
    if (timeout < 0) {
        throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
    }

    if (nanos < 0 || nanos > 999999) {
        throw new IllegalArgumentException(
                            "nanosecond timeout value out of range");
    }
    //存在纳秒，默认加一毫秒
    if (nanos > 0) {
        timeout++;
    }

    wait(timeout);
}
//无参数，默认为0
public final void wait() throws InterruptedException {
    wait(0);
}

根据源码可以发现，虽然wait有三个重载的方法，但是主要的还是wait(long timeout)这个本地方法，其他两个都是基于这个来封装的，由JVM底层源码不太好看到，我就以流程的形式来描述。

synchronized (this) {
        System.out.println("A begin " + System.currentTimeMillis());
        try {
            wait(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("A end " + System.currentTimeMillis());
}

• 上述代码在执行到wait(5000)时首先会释放当前占用的锁，并暂停线程。
• 在暂停的5秒内如果收到其他线程的notify()方法发来的信号，那么就再次尝试获取已经释放的锁
• 如果获取到那么就继续执行，没有就等待锁释放来竞争。
• 如果在5秒内未收到信号，那么到时间后就自动苏醒去尝试获取锁。

而对于时间的参数timeout需要注意的是，如果输入0不代表不暂停，而是需要特殊情况自己苏醒或者notify唤醒，这里有个特殊点，wait(0)是可以自己苏醒的。

public class Thread2 extends Thread{
	private Thread1 a;
	public Thread2(Thread1 a) {
    	this.a = a;
	}

	@Override
	public void run() {
    	synchronized (a) {
        	System.out.println("B begin " + System.currentTimeMillis());
        	try {
            a.wait();
        	} catch (InterruptedException e) {
            	e.printStackTrace();
        	}
        	System.out.println("B end " + System.currentTimeMillis());
    	}
	}
}

public class Thread1 extends Thread{
	@Override
	public void run() {
    	synchronized (this) {
        	System.out.println("A begin " + System.currentTimeMillis());
        	System.out.println("A end " + System.currentTimeMillis());
    	}
	}
}

public class Main{
	public static void main(String[] args) {
    	Thread1 thread = new Thread1();
    	Thread2 thread2 = new Thread2(thread);
    	thread2.start();
    	thread.start();
    	System.out.println("main end "+System.currentTimeMillis());
	}
}

这个例子运行结果存在以下情况

B begin 1494995803564
main end 1494995803565
A begin 1494995803565
A end 1494995803565
B end 1494995803565

wait()在没有notify()情况下自动苏醒了，因此这里可以看到，当前情况下Thread.wait()等待过程中，如果Thread结束了，是可以自动唤醒的。这个会在join中被使用。

join

了解了wait的实现原理之后就可以来看join了，join是Thread类的方法，不是底层本地方法，这里可以看一下它的源码。

public final synchronized void join(long millis)
throws InterruptedException {
    long base = System.currentTimeMillis();
    long now = 0;
    //参数判断<0,抛异常
    if (millis < 0) {
        throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
    }
    //参数为0，即join()
    if (millis == 0) {
        //当前线程存活，就调用wait(0)，一直到调用join的线程结束再自动苏醒
        while (isAlive()) {
            wait(0);
        }
        //参数>0，调用wait(long millis)等待一段时间后自动唤醒
    } 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);
}

很明显，join的三个重载方法主要还是基于join(long millis)方法，因此我们主要关注这个方法，方法的处理逻辑如下

• 判断参数时间参数，如果参数小于0，抛出IllegalArgumentException("timeout value is negative")异常
• 参数等于0，判断调用join的线程(假设是A)是否存活，不存活就不执行操作，如果存活，就调用wait(0)，阻塞join方法，等待A线程执行完在结束join方法。
• 参数大于0，判断调用join的A线程是否存活，不存活就不执行操作，如果存活，就调用wait(long millis)，阻塞join方法，等待时间结束再继续执行join方法。

由于join是synchronized修饰的同步方法，因此会出现join(long millis)阻塞时间超过了millis的值。

public class Thread1 extends Thread{
	@Override
	public void run() {
    	synchronized (this) {
        	System.out.println("A begin " + System.currentTimeMillis());
        	try {
				sleep(5000);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
        	System.out.println("A end " + System.currentTimeMillis());
    	}
	}
}

public class Main{
	public static void main(String[] args) {
    	Thread1 thread = new Thread1();
    	thread.start();
    	try {
			thread.join(1000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
    	System.out.println("main end "+System.currentTimeMillis());
	}
}

这个例子的运行结果是

A begin 1494996862054
A end 1494996867056
main end 1494996867056

main线程一定是最后执行完的，按照流程来说，1秒之后阻塞就结束了，main线程应该就可以开始执行了，但是这里有一个注意点，join(long millis)在执行millis>0的时候在wait(delay)之后还有一行代码，而上面代码1秒之后只是结束了wait方法，并没有执行完join方法。上面的例子，由于join的锁和thread的锁相同，在thread运行完之前，锁不会释放，那么导致join一直阻塞在最后一步无法结束，才会出现上面的情况。