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详细分析 Java 中启动线程的正确和错误方式

启动线程的正确和错误方式

前文回顾

  1. 详细分析 Java 中实现多线程的方法有几种?(从本质上出发)

start 方法和 run 方法的比较

代码演示:

/**
 * <p>
 * start() 和 run() 的比较
 * </p>
 *
 * @author 踏雪彡寻梅
 * @version 1.0
 * @date 2020/9/20 - 16:15
 * @since JDK1.8
 */
public class StartAndRunMethod {
    public static void main(String[] args) {
        // run 方法演示
        // 输出: name: main
        // 说明由主线程去执行的, 不符合新建一个线程的本意
        Runnable runnable = () -> {
            System.out.println("name: " + Thread.currentThread().getName());
        };
        runnable.run();

        // start 方法演示
        // 输出: name: Thread-0
        // 说明新建了一个线程, 符合本意
        new Thread(runnable).start();
    }
}

从以上示例可以分析出以下两点:

  • 直接使用 run 方法不会启动一个新线程。(错误方式)

  • start 方法会启动一个新线程。(正确方式)

start 方法分析

start 方法的含义以及注意事项

  • start 方法可以启动一个新线程。

    • 线程对象在初始化之后调用了 start 方法之后, 当前线程(通常是主线程)会请求 JVM 虚拟机如果有空闲的话来启动一下这边的这个新线程。

    • 也就是说, 启动一个新线程的本质就是请求 JVM 来运行这个线程。

    • 至于这个线程何时能够运行，并不是简单的由我们能够决定的，而是由线程调度器去决定的。

    • 如果它很忙，即使我们运行了 start 方法，也不一定能够立刻的启动线程。

    • 所以说 srtart 方法调用之后，并不意味这个方法已经开始运行了。它可能稍后才会运行，也很有可能很长时间都不会运行，比如说遇到了饥饿的情况。

    • 这也就印证了有些情况下，线程 1 先掉用了 start 方法，而线程 2 后调用了 start 方法，却发现线程 2 先执行线程 1 后执行的情况。

    • 总结: 调用 start 方法的顺序并不能决定真正线程执行的顺序。

    • 注意事项

      • start 方法会牵扯到两个线程。

      • 第一个就是主线程，因为我们必须要有一个主线程或者是其他的线程(哪怕不是主线程)来执行这个 start 方法，第二个才是新的线程。

      • 很多情况下会忽略掉为我们创建线程的这个主线程，不要误以为调用了 start 就已经是子线程去执行了，这个语句其实是主线程或者说是父线程来执行的，被执行之后才去创建新线程。

  • start 方法创建新线程的准备工作

    • 首先，它会让自己处于就绪状态。

      • 就绪状态指已经获取到除了 CPU 以外的其他资源, 如已经设置了上下文、栈、线程状态以及 PC(PC 是一个寄存器，PC 指向程序运行的位置) 等。

    • 做完这些准备工作之后，就万事俱备只欠东风了，东风就是 CPU 资源。

    • 做完准备工作之后，线程才能被 JVM 或操作系统进一步去调度到执行状态等待获取 CPU 资源，然后才会真正地进入到运行状态执行 run 方法中的代码。

  • 需要注意: 不能重复的执行 start 方法

    • 代码示例

      /**
* <p>
* 演示不能重复的执行 start 方法(两次及以上), 否则会报错
* </p>
*
* @author 踏雪彡寻梅
* @version 1.0
* @date 2020/9/20 - 16:47
* @since JDK1.8
*/
public class CantStartTwice {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable runnable = () -> {
            System.out.println("name: " + Thread.currentThread().getName());
        };
        Thread thread = new Thread(runnable);
        // 输出: name: Thread-0
        thread.start();
        // 输出: 抛出 java.lang.IllegalThreadStateException
        // 即非法线程状态异常(线程状态不符合规定)
        thread.start();
    }
}

    • 报错的原因

      • start 一旦开始执行，线程状态就从最开始的 New 状态进入到后续的状态，比如说 Runnable，然后一旦线程执行完毕，线程就会变成终止状态，而终止状态永远不可能再返回回去，所以会抛出以上异常，也就是说不能回到初始状态了。这里描述的还不够清晰，让我们来看看源码能了解的更透彻。

start 方法源码分析

源码

public synchronized void start() {
    /**
     * This method is not invoked for the main method thread or "system"
     * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
     * to this method in the future may have to also be added to the VM.
     *
     * A zero status value corresponds to state "NEW".
     */
    // 第一步, 检查线程状态是否为初始状态, 这里也就是上面抛出异常的原因
    if (threadStatus != 0)
        throw new IllegalThreadStateException();

    /* Notify the group that this thread is about to be started
     * so that it can be added to the group's list of threads
     * and the group's unstarted count can be decremented. */
    // 第二步, 加入线程组
    group.add(this);

    boolean started = false;
    try {
        // 第三步, 调用 start0 方法
        start0();
        started = true;
    } finally {
        try {
            if (!started) {
                group.threadStartFailed(this);
            }
        } catch (Throwable ignore) {
            /* do nothing. If start0 threw a Throwable then
              it will be passed up the call stack */
        }
    }
}

源码中的流程

第一步：
启动新线程时会首先检查线程状态是否为初始状态, 这也是以上抛出异常的原因。即以下代码:

if (threadStatus != 0)
	throw new IllegalThreadStateException();

其中 threadStatus 这个变量的注释如下，也就是说 Java 的线程状态最初始(还没有启动)的时候表示为 0:

/* Java thread status for tools,
 * initialized to indicate thread 'not yet started'
 */
private volatile int threadStatus = 0;

第二步:
将其加入线程组。即以下代码:

group.add(this);

第三步:
最后调用 start0() 这个 native 方法(native 代表它的代码不是由 Java 实现的，而是由 C/C++ 实现的，具体实现可以在 JDK 里面看到，了解即可), 即以下代码:

boolean started = false;
try {
    // 第三步, 调用 start0 方法
    start0();
    started = true;
} finally {
    try {
        if (!started) {
            group.threadStartFailed(this);
        }
    } catch (Throwable ignore) {
        /* do nothing. If start0 threw a Throwable then
          it will be passed up the call stack */
    }
}

run 方法分析

run 方法源码分析

@Override
public void run() {
    // 传入了 target 对象(即 Runnable 接口的实现), 执行传入的 target 对象的 run 方法
    if (target != null) {
        target.run();
    }
}

对于 run 方法的两种情况

  • 第一种: 重写了 Thread 类的 run 方法，Thread 的 run 方法会失效, 将会执行重写的 run 方法。

  • 第二种: 传入了 target 对象(即 Runnable 接口的实现)，执行 Thread 的原有 run 方法然后接着执行 target 对象的 run 方法。

  • 总结:

    • run 方法就是一个普通的方法, 上文中直接去执行 run 方法也就是相当于我们执行自己写的普通方法一样，所以它的执行线程就是我们的主线程。

    • 所以要想真正的启动线程，不能直接调用 run 方法，而是要调用 start 方法，其中可以间接的调用 run 方法。

如有写的不足的，请见谅，请大家多多指教。

09-29 11:22
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