前言

最近和一個工作了7年的朋友聊天，他跟我說起了他去XXX公司面試的情況，面試官的一個問題把他打懵了！竟然問他：你經常使用Thread類創建線程，那你看過Thread類的源碼嗎？Thread類創建線程的流程是什么？如何中斷一個正在執行的線程？我這個朋友平時覺得Thread類非常簡單，自然是沒看過Thread類的源碼，然后，就沒有然后了！！！

所以，我們學習技術不僅需要知其然，更需要知其所以然，今天，我們就一起來簡單看看Thread類的源碼。

注意：本文是基于JDK 1.8來進行分析的。

Thread類的繼承關系

我們可以使用下圖來表示Thread類的繼承關系。

由上圖我們可以看出，Thread類實現了Runnable接口，而Runnable在JDK 1.8中被@FunctionalInterface注解標記為函數式接口，Runnable接口在JDK 1.8中的源代碼如下所示。

@FunctionalInterface
publicinterfaceRunnable{
publicabstractvoidrun();
}

Runnable接口的源碼比較簡單，只是提供了一個run()方法，這里就不再贅述了。

接下來，我們再來看看@FunctionalInterface注解的源碼，如下所示。

@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
public@interfaceFunctionalInterface{}

可以看到，@FunctionalInterface注解聲明標記在Java類上，并在程序運行時生效。

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。

publicclassThreadimplementsRunnable{

加載本地資源

打開Thread類后，首先，我們會看到在Thread類的最開始部分，定義了一個靜態本地方法registerNatives()，這個方法主要用來注冊一些本地系統的資源。并在靜態代碼塊中調用這個本地方法，如下所示。

//定義registerNatives()本地方法注冊系統資源
privatestaticnativevoidregisterNatives();
static{
//在靜態代碼塊中調用注冊本地系統資源的方法
registerNatives();
}

Thread中的成員變量

Thread類中的成員變量如下所示。

//當前線程的名稱
privatevolatileStringname;
//線程的優先級
privateintpriority;
privateThreadthreadQ;
privatelongeetop;
//當前線程是否是單步線程
privatebooleansingle_step;
//當前線程是否在后臺運行
privatebooleandaemon=false;
//Java虛擬機的狀態
privatebooleanstillborn=false;
//真正在線程中執行的任務
privateRunnabletarget;
//當前線程所在的線程組
privateThreadGroupgroup;
//當前線程的類加載器
privateClassLoadercontextClassLoader;
//訪問控制上下文
privateAccessControlContextinheritedAccessControlContext;
//為匿名線程生成名稱的編號
privatestaticintthreadInitNumber;
//與此線程相關的ThreadLocal,這個Map維護的是ThreadLocal類
ThreadLocal.ThreadLocalMapthreadLocals=null;
//與此線程相關的ThreadLocal
ThreadLocal.ThreadLocalMapinheritableThreadLocals=null;
//當前線程請求的堆棧大小，如果未指定堆棧大小，則會交給JVM來處理
privatelongstackSize;
//線程終止后存在的JVM私有狀態
privatelongnativeParkEventPointer;
//線程的id
privatelongtid;
//用于生成線程id
privatestaticlongthreadSeqNumber;
//當前線程的狀態，初始化為0，代表當前線程還未啟動
privatevolatileintthreadStatus=0;
//由（私有）java.util.concurrent.locks.LockSupport.setBlocker設置
//使用java.util.concurrent.locks.LockSupport.getBlocker訪問
volatileObjectparkBlocker;
//Interruptible接口中定義了interrupt方法，用來中斷指定的線程
privatevolatileInterruptibleblocker;
//當前線程的內部鎖
privatefinalObjectblockerLock=newObject();
//線程擁有的最小優先級
publicfinalstaticintMIN_PRIORITY=1;
//線程擁有的默認優先級
publicfinalstaticintNORM_PRIORITY=5;
//線程擁有的最大優先級
publicfinalstaticintMAX_PRIORITY=10;

從Thread類的成員變量，我們可以看出，Thread類本質上不是一個任務，它是一個實實在在的線程對象，在Thread類中擁有一個Runnable類型的成員變量target，而這個target成員變量就是需要在Thread線程對象中執行的任務。

線程的狀態定義

在Thread類的內部，定義了一個枚舉State，如下所示。

publicenumState{
//初始化狀態
NEW,
//可運行狀態，此時的可運行包括運行中的狀態和就緒狀態
RUNNABLE,
//線程阻塞狀態
BLOCKED,
//等待狀態
WAITING,
//超時等待狀態
TIMED_WAITING,
//線程終止狀態
TERMINATED;
}

這個枚舉類中的狀態就代表了線程生命周期的各狀態。我們可以使用下圖來表示線程各個狀態之間的轉化關系。

NEW：初始狀態，線程被構建，但是還沒有調用start()方法。

RUNNABLE：可運行狀態，可運行狀態可以包括：運行中狀態和就緒狀態。

BLOCKED：阻塞狀態，處于這個狀態的線程需要等待其他線程釋放鎖或者等待進入synchronized。

WAITING：表示等待狀態，處于該狀態的線程需要等待其他線程對其進行通知或中斷等操作，進而進入下一個狀態。

TIME_WAITING：超時等待狀態。可以在一定的時間自行返回。

TERMINATED：終止狀態，當前線程執行完畢。

Thread類的構造方法

Thread類中的所有構造方法如下所示。

publicThread(){
init(null,null,"Thread-"+nextThreadNum(),0);
}
publicThread(Runnabletarget){
init(null,target,"Thread-"+nextThreadNum(),0);
}
Thread(Runnabletarget,AccessControlContextacc){
init(null,target,"Thread-"+nextThreadNum(),0,acc,false);
}
publicThread(ThreadGroupgroup,Runnabletarget){
init(group,target,"Thread-"+nextThreadNum(),0);
}
publicThread(Stringname){
init(null,null,name,0);
}
publicThread(ThreadGroupgroup,Stringname){
init(group,null,name,0);
}
publicThread(Runnabletarget,Stringname){
init(null,target,name,0);
}
publicThread(ThreadGroupgroup,Runnabletarget,Stringname){
init(group,target,name,0);
}
publicThread(ThreadGroupgroup,Runnabletarget,Stringname,
longstackSize){
init(group,target,name,stackSize);
}

其中，我們最經常使用的就是如下幾個構造方法了。

publicThread(){
init(null,null,"Thread-"+nextThreadNum(),0);
}
publicThread(Runnabletarget){
init(null,target,"Thread-"+nextThreadNum(),0);
}
publicThread(Stringname){
init(null,null,name,0);
}
publicThread(ThreadGroupgroup,Stringname){
init(group,null,name,0);
}
publicThread(Runnabletarget,Stringname){
init(null,target,name,0);
}
publicThread(ThreadGroupgroup,Runnabletarget,Stringname){
init(group,target,name,0);
}

通過Thread類的源碼，我們可以看出，Thread類在進行初始化的時候，都是調用的init()方法，接下來，我們看看init()方法是個啥。

init()方法

privatevoidinit(ThreadGroupg,Runnabletarget,Stringname,longstackSize){
init(g,target,name,stackSize,null,true);
}
privatevoidinit(ThreadGroupg,Runnabletarget,Stringname,
longstackSize,AccessControlContextacc,
booleaninheritThreadLocals){
//線程的名稱為空，拋出空指針異常
if(name==null){
thrownewNullPointerException("namecannotbenull");
}

this.name=name;
Threadparent=currentThread();
//獲取系統安全管理器
SecurityManagersecurity=System.getSecurityManager();
//線程組為空
if(g==null){
//獲取的系統安全管理器不為空
if(security!=null){
//從系統安全管理器中獲取一個線程分組
g=security.getThreadGroup();
}
//線程分組為空，則從父線程獲取
if(g==null){
g=parent.getThreadGroup();
}
}
//檢查線程組的訪問權限
g.checkAccess();
//檢查權限
if(security!=null){
if(isCCLOverridden(getClass())){
security.checkPermission(SUBCLASS_IMPLEMENTATION_PERMISSION);
}
}
g.addUnstarted();
//當前線程繼承父線程的相關屬性
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);
/*StashthespecifiedstacksizeincasetheVMcares*/
this.stackSize=stackSize;

//設置線程id
tid=nextThreadID();
}

Thread類中的構造方法是被創建Thread線程的線程調用的，此時，調用Thread的構造方法創建線程的線程就是父線程，在init()方法中，新創建的Thread線程會繼承父線程的部分屬性。

run()方法

既然Thread類實現了Runnable接口，則Thread類就需要實現Runnable接口的run()方法，如下所示。

@Override
publicvoidrun(){
if(target!=null){
target.run();
}
}

可以看到，Thread類中的run()方法實現非常簡單，只是調用了Runnable對象的run()方法。所以，真正的任務是運行在run()方法中的。

另外，需要注意的是：直接調用Runnable接口的run()方法不會創建新線程來執行任務，如果需要創建新線程執行任務，則需要調用Thread類的start()方法。

start()方法

publicsynchronizedvoidstart(){
//線程不是初始化狀態，則直接拋出異常
if(threadStatus!=0)
thrownewIllegalThreadStateException();
//添加當前啟動的線程到線程組
group.add(this);
//標記線程是否已經啟動
booleanstarted=false;
try{
//調用本地方法啟動線程
start0();
//將線程是否啟動標記為true
started=true;
}finally{
try{
//線程未啟動成功
if(!started){
//將線程在線程組里標記為啟動失敗
group.threadStartFailed(this);
}
}catch(Throwableignore){
/*donothing.Ifstart0threwaThrowablethen
itwillbepassedupthecallstack*/
}
}
}

privatenativevoidstart0();

從start()方法的源代碼，我們可以看出：start()方法使用synchronized關鍵字修飾，說明start()方法是同步的，它會在啟動線程前檢查線程的狀態，如果不是初始化狀態，則直接拋出異常。所以，一個線程只能啟動一次，多次啟動是會拋出異常的。

這里，也是面試的一個坑：面試官：【問題一】能不能多次調用Thread類的start()方法來啟動線程嗎？【問題二】多次調用Thread線程的start()方法會發生什么？【問題三】為什么會拋出異常？

調用start()方法后，新創建的線程就會處于就緒狀態（如果沒有分配到CPU執行），當有空閑的CPU時，這個線程就會被分配CPU來執行，此時線程的狀態為運行狀態，JVM會調用線程的run()方法執行任務。

sleep()方法

sleep()方法可以使當前線程休眠，其代碼如下所示。

//本地方法，真正讓線程休眠的方法
publicstaticnativevoidsleep(longmillis)throwsInterruptedException;

publicstaticvoidsleep(longmillis,intnanos)
throwsInterruptedException{
if(millis999999){
thrownewIllegalArgumentException(
"nanosecondtimeoutvalueoutofrange");
}

if(nanos>=500000||(nanos!=0&&millis==0)){
millis++;
}
//調用本地方法
sleep(millis);
}

sleep()方法會讓當前線程休眠一定的時間，這個時間通常是毫秒值，這里需要注意的是：調用sleep()方法使線程休眠后，線程不會釋放相應的鎖。

join()方法

join()方法會一直等待線程超時或者終止，代碼如下所示。

publicfinalsynchronizedvoidjoin(longmillis)
throwsInterruptedException{
longbase=System.currentTimeMillis();
longnow=0;

if(millis999999){
thrownewIllegalArgumentException(
"nanosecondtimeoutvalueoutofrange");
}

if(nanos>=500000||(nanos!=0&&millis==0)){
millis++;
}

join(millis);
}

publicfinalvoidjoin()throwsInterruptedException{
join(0);
}

join()方法的使用場景往往是啟動線程執行任務的線程，調用執行線程的join()方法，等待執行線程執行任務，直到超時或者執行線程終止。

interrupt()方法

interrupt()方法是中斷當前線程的方法，它通過設置線程的中斷標志位來中斷當前線程。此時，如果為線程設置了中斷標志位，可能會拋出InteruptedExeption異常，同時，會清除當前線程的中斷狀態。這種方式中斷線程比較安全，它能使正在執行的任務執行能夠繼續執行完畢，而不像stop()方法那樣強制線程關閉。代碼如下所示。

publicvoidinterrupt(){
if(this!=Thread.currentThread())
checkAccess();

synchronized(blockerLock){
Interruptibleb=blocker;
if(b!=null){
interrupt0();//Justtosettheinterruptflag
b.interrupt(this);
return;
}
}
//調用本地方法中斷線程
interrupt0();
}
privatenativevoidinterrupt0();

總結

作為技術人員，要知其然，更要知其所以然，我那個朋友技術本身不錯，各種框架拿來就用，基本沒看過常用的框架源碼和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簡單的Thread類上，所以，大家在學會使用的時候，一定要了解下底層的實現才好啊！

審核編輯：劉清