Java與線程，Java線程

導語

我們知道，new一個thread，調用它的start的方法，就可以創建一個線程，並且啟動該線程，然後執行該線程需要執行的業務邏輯，

那麼run方法是怎麼被執行的呢？

Java線程和os線程

os線程

我們知道，java的一個線程實際上是對應了操作系統的一個線程；

而操作系統實現線程有三種方式：

• 內核線程實現
• 用戶線程實現
• 用戶線程加輕量級進程混合實現

內核線程實現

簡要說明：

內核線程（Kernel-Level Thread簡稱KLT）是直接由操作系統內核直接支持的線程，這種線程由內核完成線程切換，內核通過操縱調度器對線程進行調度，

並負責將線程的任務映射到各個處理器上。

每個內核線程可以視為內核的一個分身，這樣操作系統就有能力處理多件事情，這種支持多線程的內核就叫做多線程內核；

程序一般不會直接操作內核線程，而是去使用內核線程的一種高級接口：輕量級進程（Light Weight Process,簡稱LWP）,輕量級進程就是我們通常所講的

線程，每個輕量級進程都由一個內核線程支持，這種輕量級進程與內核線程1：1的關系稱為一對一的線程模型。

優勢：由於有了內核線程的支持，每個輕量級進程都稱為一個獨立的調度單元，即使有一個輕量級進程在系統中阻塞了，也不會影響整個進程繼續工作；

劣勢：

用戶線程實現

簡要說明：

用戶線程：

• 廣義上來講，任何非內核線程都可以認為是用戶線程（User Thread，簡稱UT）;
• 狹義上來講，完全建立在用戶空間的線程庫上，系統內核不能感知線程存在的實現；

特點：

用戶線程的優勢就是不需要系統內核支援，劣勢就是沒有內核支持，所有的線程操作（如線程的創建、切換和調度等）都需要用戶程序自己處理。

用戶線程加輕量級進程混合實現

簡要說明：

用戶線程+輕量級進程特點：

• 用戶線程的創建、析構、切換等操作很廉價；
• 支持大規模的用戶線程並發；
• 操作系統提供的輕量級進程作為用戶線程和內核線程之間的橋梁，提供線程調度功能及處理器映射；
• 用戶線程的系統調用通過輕量級進程完成，降低了整個進程完全被阻塞的風險；
• 這種用戶線程和輕量級進程的數量比不定，即N:M的關系，稱為多對多的線程模型

Java線程

Java線程在JDK1.2之前，是基於用戶線程實現的。而在JDK1.2中，線程模型替換為基於操作系統原生線程模型來實現。

而在目前的JDK版本中，操作系統支持怎樣的線程模型，在很大程度上決定了Java虛擬機的線程是怎樣映射的，這點在不同的平台上沒法達成一致。

對於Sun JDK來說，它的Windows版本和Linux版本都是使用一對一的線程模型實現的，一條Java線程映射到一條輕量級進程之中。

Java線程創建

創建方式

Desc：我們看到，無論以哪種方式創建，最終我們都會重寫一個叫做 run 的方法，來處理我們的業務邏輯，然而我們都是調用一個start方法，來啟動一個線程；

那 start方法和run方法之間是一個什麼關系呢？從後邊的介紹我們將獲得這樣一個信息：run就是一個回調函數，和我們普通的函數沒有區別。

Java線程的實現

一個 Java 線程的創建本質上就對應了一個本地線程（native thread）的創建，兩者是一一對應的。

關鍵問題是：本地線程執行的應該是本地代碼，而 Java 線程提供的線程函數（run）是 Java 方法，編譯出的是 Java 字節碼，

所以， Java 線程其實提供了一個統一的線程函數，該線程函數通過 Java 虛擬機調用 Java 線程方法 , 這是通過 Java 本地方法調用來實現的。

以下是 Thread#start 方法的示例：

 

可以看到它實際上調用了本地方法 start0, 而start0聲明如下：

private native void start0();

也就是新創建的線程啟動調用native start0方法，而這些native方法的注冊是在Thread對象初始化的時候完成的，look：

Thread 類有個 registerNatives 本地方法，該方法主要的作用就是注冊一些本地方法供 Thread 類使用，如 start0()，stop0() 等等，可以說，所有操作本地線程的本地方法都是由它注冊的。

這個方法放在一個 static 語句塊中，當該類被加載到 JVM 中的時候，它就會被調用，進而注冊相應的本地方法。

而本地方法 registerNatives 是定義在 Thread.c 文件中的。Thread.c 是個很小的文件，它定義了各個操作系統平台都要用到的關於線程的公用數據和操作，如下：

 1 JNIEXPORT void JNICALL
 2  Java_Java_lang_Thread_registerNatives (JNIEnv *env, jclass cls){ //registerNatives
 3    (*env)->RegisterNatives(env, cls, methods, ARRAY_LENGTH(methods));
 4  }
 5  static JNINativeMethod methods[] = {
 6     {"start0", "()V",(void *)&JVM_StartThread}, //start0 方法
 7     {"stop0", "(" OBJ ")V", (void *)&JVM_StopThread},
 8      {"isAlive","()Z",(void *)&JVM_IsThreadAlive},
 9      {"suspend0","()V",(void *)&JVM_SuspendThread},
10      {"resume0","()V",(void *)&JVM_ResumeThread},
11      {"setPriority0","(I)V",(void *)&JVM_SetThreadPriority},
12      {"yield", "()V",(void *)&JVM_Yield},
13      {"sleep","(J)V",(void *)&JVM_Sleep},
14      {"currentThread","()" THD,(void *)&JVM_CurrentThread},
15      {"countStackFrames","()I",(void *)&JVM_CountStackFrames},
16      {"interrupt0","()V",(void *)&JVM_Interrupt},
17      {"isInterrupted","(Z)Z",(void *)&JVM_IsInterrupted},
18      {"holdsLock","(" OBJ ")Z",(void *)&JVM_HoldsLock},
19      {"getThreads","()[" THD,(void *)&JVM_GetAllThreads},
20      {"dumpThreads","([" THD ")[[" STE, (void *)&JVM_DumpThreads},
21  };

觀察上邊一小段代碼，可以容易的看出 Java 線程調用 start->start0 的方法，實際上會調用到 JVM_StartThread 方法，那這個方法又是怎麼處理的呢？

實際上，我們需要看到的是該方法最終要調用 Java 線程的 run 方法，事實的確也是這樣的。

在 jvm.cpp 中，有如下代碼段：

JVM_ENTRY(void, JVM_StartThread(JNIEnv* env, jobject jthread)){
    ...
    native_thread = new JavaThread(&thread_entry, sz);
    ...
}

 

這裡JVM_ENTRY是一個宏，用來定義JVM_StartThread 函數，可以看到函數內創建了真正的平台相關的本地線程，其線程函數是 thread_entry，如下：

static void thread_entry(JavaThread* thread, TRAPS) {
    HandleMark hm(THREAD);
    Handle obj(THREAD, thread->threadObj());
    JavaValue result(T_VOID);
    JavaCalls::call_virtual(&result,obj,
    KlassHandle(THREAD,SystemDictionary::Thread_klass()),
    vmSymbolHandles::run_method_name(),    //LOOK! 看這裡
    vmSymbolHandles::void_method_signature(),THREAD);
 }

 可以看到調用了 vmSymbolHandles::run_method_name 方法，而run_method_name是在 vmSymbols.hpp 用宏定義的：

class vmSymbolHandles: AllStatic {
   ...
    template(run_method_name,"run")  //LOOK!!! 這裡決定了調用的方法名稱是 “run”!
   ...
}

Java線程創建調用關系