【高并發(fā)】一個(gè)工作了7年的朋友去面試竟然被Thread類虐的體無(wú)完膚
前言
最近和一個(gè)工作了7年的朋友聊天，他跟我說(shuō)起了他去XXX公司面試的情況，面試官的一個(gè)問(wèn)題把他打懵了！竟然問(wèn)他：你經(jīng)常使用Thread類創(chuàng)建線程，那你看過(guò)Thread類的源碼嗎？Thread類創(chuàng)建線程的流程是什么？如何中斷一個(gè)正在執(zhí)行的線程？我這個(gè)朋友平時(shí)覺(jué)得Thread類非常簡(jiǎn)單，自然是沒(méi)看過(guò)Thread類的源碼，然后，就沒(méi)有然后了?。?！
所以，我們學(xué)習(xí)技術(shù)不僅需要知其然，更需要知其所以然，今天，我們就一起來(lái)簡(jiǎn)單看看Thread類的源碼。
注意：本文是基于JDK 1.8來(lái)進(jìn)行分析的。
Thread類的繼承關(guān)系
我們可以使用下圖來(lái)表示Thread類的繼承關(guān)系。
由上圖我們可以看出，Thread類實(shí)現(xiàn)了Runnable接口，而Runnable在JDK 1.8中被@FunctionalInterface注解標(biāo)記為函數(shù)式接口，Runnable接口在JDK 1.8中的源代碼如下所示。
@FunctionalInterface
public interface Runnable {
public abstract void run();
}
Runnable接口的源碼比較簡(jiǎn)單，只是提供了一個(gè)run()方法，這里就不再贅述了。
接下來(lái)，我們?cè)賮?lái)看看@FunctionalInterface注解的源碼，如下所示。
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface FunctionalInterface {}
可以看到，@FunctionalInterface注解聲明標(biāo)記在Java類上，并在程序運(yùn)行時(shí)生效。
Thread類的源碼剖析
Thread類定義
Thread在java.lang包下，Thread類的定義如下所示。
public class Thread implements Runnable {
加載本地資源
打開(kāi)Thread類后，首先，我們會(huì)看到在Thread類的最開(kāi)始部分，定義了一個(gè)靜態(tài)本地方法registerNatives()，這個(gè)方法主要用來(lái)注冊(cè)一些本地系統(tǒng)的資源。并在靜態(tài)代碼塊中調(diào)用這個(gè)本地方法，如下所示。
//定義registerNatives()本地方法注冊(cè)系統(tǒng)資源
private static native void registerNatives();
static {
//在靜態(tài)代碼塊中調(diào)用注冊(cè)本地系統(tǒng)資源的方法
registerNatives();
}
Thread中的成員變量
Thread類中的成員變量如下所示。
//當(dāng)前線程的名稱
private volatile String name;
//線程的優(yōu)先級(jí)
private int priority;
private Thread threadQ;
private long eetop;
//當(dāng)前線程是否是單步線程
private boolean single_step;
//當(dāng)前線程是否在后臺(tái)運(yùn)行
private boolean daemon = false;
//Java虛擬機(jī)的狀態(tài)
private boolean stillborn = false;
//真正在線程中執(zhí)行的任務(wù)
private Runnable target;
//當(dāng)前線程所在的線程組
private ThreadGroup group;
//當(dāng)前線程的類加載器
private ClassLoader contextClassLoader;
//訪問(wèn)控制上下文
private AccessControlContext inheritedAccessControlContext;
//為匿名線程生成名稱的編號(hào)
private static int threadInitNumber;
//與此線程相關(guān)的ThreadLocal,這個(gè)Map維護(hù)的是ThreadLocal類
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
//與此線程相關(guān)的ThreadLocal
ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;
//當(dāng)前線程請(qǐng)求的堆棧大小，如果未指定堆棧大小，則會(huì)交給JVM來(lái)處理
private long stackSize;
//線程終止后存在的JVM私有狀態(tài)
private long nativeParkEventPointer;
//線程的id
private long tid;
//用于生成線程id
private static long threadSeqNumber;
//當(dāng)前線程的狀態(tài)，初始化為0，代表當(dāng)前線程還未啟動(dòng)
private volatile int threadStatus = 0;
//由（私有）java.util.concurrent.locks.LockSupport.setBlocker設(shè)置
//使用java.util.concurrent.locks.LockSupport.getBlocker訪問(wèn)
volatile Object parkBlocker;
//Interruptible接口中定義了interrupt方法，用來(lái)中斷指定的線程
private volatile Interruptible blocker;
//當(dāng)前線程的內(nèi)部鎖
private final Object blockerLock = new Object();
//線程擁有的最小優(yōu)先級(jí)
public final static int MIN_PRIORITY = 1;
//線程擁有的默認(rèn)優(yōu)先級(jí)
public final static int NORM_PRIORITY = 5;
//線程擁有的最大優(yōu)先級(jí)
public final static int MAX_PRIORITY = 10;
從Thread類的成員變量，我們可以看出，Thread類本質(zhì)上不是一個(gè)任務(wù)，它是一個(gè)實(shí)實(shí)在在的線程對(duì)象，在Thread類中擁有一個(gè)Runnable類型的成員變量target，而這個(gè)target成員變量就是需要在Thread線程對(duì)象中執(zhí)行的任務(wù)。
線程的狀態(tài)定義
在Thread類的內(nèi)部，定義了一個(gè)枚舉State，如下所示。
public enum State {
//初始化狀態(tài)
NEW,
//可運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)的可運(yùn)行包括運(yùn)行中的狀態(tài)和就緒狀態(tài)
RUNNABLE,
//線程阻塞狀態(tài)
BLOCKED,
//等待狀態(tài)
WAITING,
//超時(shí)等待狀態(tài)
TIMED_WAITING,
//線程終止?fàn)顟B(tài)
TERMINATED;
}
這個(gè)枚舉類中的狀態(tài)就代表了線程生命周期的各狀態(tài)。我們可以使用下圖來(lái)表示線程各個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。
NEW：初始狀態(tài)，線程被構(gòu)建，但是還沒(méi)有調(diào)用start()方法。
RUNNABLE：可運(yùn)行狀態(tài)，可運(yùn)行狀態(tài)可以包括：運(yùn)行中狀態(tài)和就緒狀態(tài)。
BLOCKED：阻塞狀態(tài)，處于這個(gè)狀態(tài)的線程需要等待其他線程釋放鎖或者等待進(jìn)入synchronized。
WAITING：表示等待狀態(tài)，處于該狀態(tài)的線程需要等待其他線程對(duì)其進(jìn)行通知或中斷等操作，進(jìn)而進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)。
TIME_WAITING：超時(shí)等待狀態(tài)?？梢栽谝欢ǖ臅r(shí)間自行返回。
TERMINATED：終止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)前線程執(zhí)行完畢。
Thread類的構(gòu)造方法
Thread類中的所有構(gòu)造方法如下所示。
public Thread() {
init(null, null, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
public Thread(Runnable target) {
init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
Thread(Runnable target, AccessControlContext acc) {
init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0, acc, false);
}
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target) {
init(group, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
public Thread(String name) {
init(null, null, name, 0);
}
public Thread(ThreadGroup group, String name) {
init(group, null, name, 0);
}
public Thread(Runnable target, String name) {
init(null, target, name, 0);
}
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name) {
init(group, target, name, 0);
}
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name,
long stackSize) {
init(group, target, name, stackSize);
}
其中，我們最經(jīng)常使用的就是如下幾個(gè)構(gòu)造方法了。
public Thread() {
init(null, null, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
public Thread(Runnable target) {
init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
public Thread(String name) {
init(null, null, name, 0);
}
public Thread(ThreadGroup group, String name) {
init(group, null, name, 0);
}
public Thread(Runnable target, String name) {
init(null, target, name, 0);
}
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name) {
init(group, target, name, 0);
}
通過(guò)Thread類的源碼，我們可以看出，Thread類在進(jìn)行初始化的時(shí)候，都是調(diào)用的init()方法，接下來(lái)，我們看看init()方法是個(gè)啥。
init()方法
private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name, long stackSize) {
init(g, target, name, stackSize, null, true);
}
private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
long stackSize, AccessControlContext acc,
boolean inheritThreadLocals) {
//線程的名稱為空，拋出空指針異常
if (name == null) {
throw new NullPointerException("name cannot be null");
}
this.name = name;
Thread parent = currentThread();
//獲取系統(tǒng)安全管理器
SecurityManager security = System.getSecurityManager();
//線程組為空
if (g == null) {
//獲取的系統(tǒng)安全管理器不為空
if (security != null) {
//從系統(tǒng)安全管理器中獲取一個(gè)線程分組
g = security.getThreadGroup();
}
//線程分組為空，則從父線程獲取
if (g == null) {
g = parent.getThreadGroup();
}
}
//檢查線程組的訪問(wèn)權(quán)限
g.checkAccess();
//檢查權(quán)限
if (security != null) {
if (isCCLOverridden(getClass())) {
security.checkPermission(SUBCLASS_IMPLEMENTATION_PERMISSION);
}
}
g.addUnstarted();
//當(dāng)前線程繼承父線程的相關(guān)屬性
this.group = g;
this.daemon = parent.isDaemon();
this.priority = parent.getPriority();
if (security == null || isCCLOverridden(parent.getClass()))
this.contextClassLoader = parent.getContextClassLoader();
else
this.contextClassLoader = parent.contextClassLoader;
this.inheritedAccessControlContext =
acc != null ? acc : AccessController.getContext();
this.target = target;
setPriority(priority);
if (inheritThreadLocals && parent.inheritableThreadLocals != null)
this.inheritableThreadLocals =
ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);
/* Stash the specified stack size in case the VM cares */
this.stackSize = stackSize;
//設(shè)置線程id
tid = nextThreadID();
}
Thread類中的構(gòu)造方法是被創(chuàng)建Thread線程的線程調(diào)用的，此時(shí)，調(diào)用Thread的構(gòu)造方法創(chuàng)建線程的線程就是父線程，在init()方法中，新創(chuàng)建的Thread線程會(huì)繼承父線程的部分屬性。
run()方法
既然Thread類實(shí)現(xiàn)了Runnable接口，則Thread類就需要實(shí)現(xiàn)Runnable接口的run()方法，如下所示。
@Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}
可以看到，Thread類中的run()方法實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單，只是調(diào)用了Runnable對(duì)象的run()方法。所以，真正的任務(wù)是運(yùn)行在run()方法中的。另外，需要注意的是：直接調(diào)用Runnable接口的run()方法不會(huì)創(chuàng)建新線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)，如果需要?jiǎng)?chuàng)建新線程執(zhí)行任務(wù)，則需要調(diào)用Thread類的start()方法。
start()方法
public synchronized void start() {
//線程不是初始化狀態(tài)，則直接拋出異常
if (threadStatus != 0)
throw new IllegalThreadStateException();
//添加當(dāng)前啟動(dòng)的線程到線程組
group.add(this);
//標(biāo)記線程是否已經(jīng)啟動(dòng)
boolean started = false;
try {
//調(diào)用本地方法啟動(dòng)線程
start0();
//將線程是否啟動(dòng)標(biāo)記為true
started = true;
} finally {
try {
//線程未啟動(dòng)成功
if (!started) {
//將線程在線程組里標(biāo)記為啟動(dòng)失敗
group.threadStartFailed(this);
}
} catch (Throwable ignore) {
/* do nothing. If start0 threw a Throwable then
it will be passed up the call stack */
}
}
}
private native void start0();
從start()方法的源代碼，我們可以看出：start()方法使用synchronized關(guān)鍵字修飾，說(shuō)明start()方法是同步的，它會(huì)在啟動(dòng)線程前檢查線程的狀態(tài)，如果不是初始化狀態(tài)，則直接拋出異常。所以，一個(gè)線程只能啟動(dòng)一次，多次啟動(dòng)是會(huì)拋出異常的。
這里，也是面試的一個(gè)坑：面試官：【問(wèn)題一】能不能多次調(diào)用Thread類的start()方法來(lái)啟動(dòng)線程嗎？【問(wèn)題二】多次調(diào)用Thread線程的start()方法會(huì)發(fā)生什么？【問(wèn)題三】為什么會(huì)拋出異常？
調(diào)用start()方法后，新創(chuàng)建的線程就會(huì)處于就緒狀態(tài)（如果沒(méi)有分配到CPU執(zhí)行），當(dāng)有空閑的CPU時(shí)，這個(gè)線程就會(huì)被分配CPU來(lái)執(zhí)行，此時(shí)線程的狀態(tài)為運(yùn)行狀態(tài)，JVM會(huì)調(diào)用線程的run()方法執(zhí)行任務(wù)。
sleep()方法
sleep()方法可以使當(dāng)前線程休眠，其代碼如下所示。
//本地方法，真正讓線程休眠的方法
public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;
public static void sleep(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++;
}
//調(diào)用本地方法
sleep(millis);
}
sleep()方法會(huì)讓當(dāng)前線程休眠一定的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間通常是毫秒值，這里需要注意的是：調(diào)用sleep()方法使線程休眠后，線程不會(huì)釋放相應(yīng)的鎖。
join()方法
join()方法會(huì)一直等待線程超時(shí)或者終止，代碼如下所示。
public final synchronized void join(long millis)
throws InterruptedException {
long base = System.currentTimeMillis();
long now = 0;
if (millis < 0) {
throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
}
if (millis == 0) {
while (isAlive()) {
wait(0);
}
} 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);
}
join()方法的使用場(chǎng)景往往是啟動(dòng)線程執(zhí)行任務(wù)的線程，調(diào)用執(zhí)行線程的join()方法，等待執(zhí)行線程執(zhí)行任務(wù)，直到超時(shí)或者執(zhí)行線程終止。
interrupt()方法
interrupt()方法是中斷當(dāng)前線程的方法，它通過(guò)設(shè)置線程的中斷標(biāo)志位來(lái)中斷當(dāng)前線程。此時(shí)，如果為線程設(shè)置了中斷標(biāo)志位，可能會(huì)拋出InteruptedExeption異常，同時(shí)，會(huì)清除當(dāng)前線程的中斷狀態(tài)。這種方式中斷線程比較安全，它能使正在執(zhí)行的任務(wù)執(zhí)行能夠繼續(xù)執(zhí)行完畢，而不像stop()方法那樣強(qiáng)制線程關(guān)閉。代碼如下所示。
public void interrupt() {
if (this != Thread.currentThread())
checkAccess();
synchronized (blockerLock) {
Interruptible b = blocker;
if (b != null) {
interrupt0(); // Just to set the interrupt flag
b.interrupt(this);
return;
}
}
//調(diào)用本地方法中斷線程
interrupt0();
}
private native void interrupt0();
總結(jié)
作為技術(shù)人員，要知其然，更要知其所以然，我那個(gè)朋友技術(shù)本身不錯(cuò)，各種框架拿來(lái)就用，基本沒(méi)看過(guò)常用的框架源碼和JDK中常用的API，屬于那種CRUD型程序員，這次面試就栽在了一個(gè)簡(jiǎn)單的Thread類上，所以，大家在學(xué)會(huì)使用的時(shí)候，一定要了解下底層的實(shí)現(xiàn)才好??！
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