詳細分析 Java 中啟動線程的正確和錯誤方式

目錄

• 啟動線程的正確和錯誤方式
  • 前文回顧
  • start 方法和 run 方法的比較
  • start 方法分析
    • start 方法的含義以及注意事項
    • start 方法源碼分析
      • 源碼
      • 源碼中的流程
  • run 方法分析
    • run 方法源碼分析
    • 對於 run 方法的兩種情況

啟動線程的正確和錯誤方式

前文回顧

1. 詳細分析 Java 中實現多線程的方法有幾種?(從本質上出發)

start 方法和 run 方法的比較

代碼演示:

/**
 * <p>
 * start() 和 run() 的比較
 * </p>
 *
 * @author 踏雪彡尋梅
 * @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
        // 輸出: name: main
        // 說明由主線程去執行的, 不符合新建一個線程的本意
        Runnable runnable = () -> {
            System.out.println("name: " + Thread.currentThread().getName());
        };
        runnable.run();

        // start 方法演示
        // 輸出: name: Thread-0
        // 說明新建了一個線程, 符合本意
        new Thread(runnable).start();
    }
}

從以上示例可以分析出以下兩點:

• 直接使用 run 方法不會啟動一個新線程。(錯誤方式)

• start 方法會啟動一個新線程。(正確方式)

start 方法分析

start 方法的含義以及注意事項

• start 方法可以啟動一個新線程。

  • 線程對象在初始化之后調用了 start 方法之后, 當前線程(通常是主線程)會請求 JVM 虛擬機如果有空閑的話來啟動一下這邊的這個新線程。

  • 也就是說, 啟動一個新線程的本質就是請求 JVM 來運行這個線程。

  • 至於這個線程何時能夠運行，並不是簡單的由我們能夠決定的，而是由線程調度器去決定的。

  • 如果它很忙，即使我們運行了 start 方法，也不一定能夠立刻的啟動線程。

  • 所以說 srtart 方法調用之后，並不意味這個方法已經開始運行了。它可能稍后才會運行，也很有可能很長時間都不會運行，比如說遇到了飢餓的情況。

  • 這也就印證了有些情況下，線程 1 先掉用了 start 方法，而線程 2 后調用了 start 方法，卻發現線程 2 先執行線程 1 后執行的情況。

  • 總結: 調用 start 方法的順序並不能決定真正線程執行的順序。

  • 注意事項

    • start 方法會牽扯到兩個線程。

    • 第一個就是主線程，因為我們必須要有一個主線程或者是其他的線程(哪怕不是主線程)來執行這個 start 方法，第二個才是新的線程。

    • 很多情況下會忽略掉為我們創建線程的這個主線程，不要誤以為調用了 start 就已經是子線程去執行了，這個語句其實是主線程或者說是父線程來執行的，被執行之后才去創建新線程。

• start 方法創建新線程的准備工作

  • 首先，它會讓自己處於就緒狀態。

    • 就緒狀態指已經獲取到除了 CPU 以外的其他資源, 如已經設置了上下文、棧、線程狀態以及 PC(PC 是一個寄存器，PC 指向程序運行的位置) 等。

  • 做完這些准備工作之后，就萬事俱備只欠東風了，東風就是 CPU 資源。

  • 做完准備工作之后，線程才能被 JVM 或操作系統進一步去調度到執行狀態等待獲取 CPU 資源，然后才會真正地進入到運行狀態執行 run 方法中的代碼。

• 需要注意: 不能重復的執行 start 方法

  • 代碼示例

    /**
    * <p>
    * 演示不能重復的執行 start 方法(兩次及以上), 否則會報錯
    * </p>
    *
    * @author 踏雪彡尋梅
    * @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);
            // 輸出: name: Thread-0
            thread.start();
            // 輸出: 拋出 java.lang.IllegalThreadStateException
            // 即非法線程狀態異常(線程狀態不符合規定)
            thread.start();
        }
    }
    

  • 報錯的原因

    • start 一旦開始執行，線程狀態就從最開始的 New 狀態進入到后續的狀態，比如說 Runnable，然后一旦線程執行完畢，線程就會變成終止狀態，而終止狀態永遠不可能再返回回去，所以會拋出以上異常，也就是說不能回到初始狀態了。這里描述的還不夠清晰，讓我們來看看源碼能了解的更透徹。

start 方法源碼分析

源碼

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, 檢查線程狀態是否為初始狀態, 這里也就是上面拋出異常的原因
    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, 加入線程組
    group.add(this);

    boolean started = false;
    try {
        // 第三步, 調用 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 */
        }
    }
}

源碼中的流程

第一步：
啟動新線程時會首先檢查線程狀態是否為初始狀態, 這也是以上拋出異常的原因。即以下代碼:

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

其中 threadStatus 這個變量的注釋如下，也就是說 Java 的線程狀態最初始(還沒有啟動)的時候表示為 0:

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

第二步:
將其加入線程組。即以下代碼:

group.add(this);

第三步:
最后調用 start0() 這個 native 方法(native 代表它的代碼不是由 Java 實現的，而是由 C/C++ 實現的，具體實現可以在 JDK 里面看到，了解即可), 即以下代碼:

boolean started = false;
try {
    // 第三步, 調用 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 方法源碼分析

@Override
public void run() {
    // 傳入了 target 對象(即 Runnable 接口的實現), 執行傳入的 target 對象的 run 方法
    if (target != null) {
        target.run();
    }
}

對於 run 方法的兩種情況

• 第一種: 重寫了 Thread 類的 run 方法，Thread 的 run 方法會失效, 將會執行重寫的 run 方法。

• 第二種: 傳入了 target 對象(即 Runnable 接口的實現)，執行 Thread 的原有 run 方法然后接着執行 target 對象的 run 方法。

• 總結:

  • run 方法就是一個普通的方法, 上文中直接去執行 run 方法也就是相當於我們執行自己寫的普通方法一樣，所以它的執行線程就是我們的主線程。

  • 所以要想真正的啟動線程，不能直接調用 run 方法，而是要調用 start 方法，其中可以間接的調用 run 方法。

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如有寫的不足的，請見諒，請大家多多指教。