詳細分析 Java 中啟動執行緒的正確和錯誤方式

踏雪彡尋梅發表於2020-09-29
Java執行緒

目錄

啟動執行緒的正確和錯誤方式

前文回顧

  1. 詳細分析 Java 中實現多執行緒的方法有幾種?(從本質上出發)

start 方法和 run 方法的比較

程式碼演示:

/**
 * <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
        // 說明由主執行緒去執行的, 不符合新建一個執行緒的本意
        Runnable runnable = () -> {
            System.out.println("name: " + Thread.currentThread().getName());
        };
        runnable.run();

        // start 方法演示
        // 輸出: name: Thread-0
        // 說明新建了一個執行緒, 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執行緒。(錯誤方式)

  • start 方法會啟動一個新執行緒。(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執行緒。

    • 執行緒物件在初始化之後呼叫了 start 方法之後, 當前執行緒(通常是主執行緒)會請求 JVM 虛擬機器如果有空閒的話來啟動一下這邊的這個新執行緒。

    • 也就是說, 啟動一個新執行緒的本質就是請求 JVM 來執行這個執行緒。

    • 至於這個執行緒何時能夠執行，並不是簡單的由我們能夠決定的，而是由執行緒排程器去決定的。

    • 如果它很忙，即使我們執行了 start 方法，也不一定能夠立刻的啟動執行緒。

    • 所以說 srtart 方法呼叫之後，並不意味這個方法已經開始執行了。它可能稍後才會執行，也很有可能很長時間都不會執行，比如說遇到了飢餓的情況。

    • 這也就印證了有些情況下，執行緒 1 先掉用了 start 方法，而執行緒 2 後呼叫了 start 方法，卻發現執行緒 2 先執行執行緒 1 後執行的情況。

    • 總結: 呼叫 start 方法的順序並不能決定真正執行緒執行的順序。

    • 注意事項

      • start 方法會牽扯到兩個執行緒。

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

      • 很多情況下會忽略掉為我們建立執行緒的這個主執行緒，不要誤以為呼叫了 start 就已經是子執行緒去執行了，這個語句其實是主執行緒或者說是父執行緒來執行的，被執行之後才去建立新執行緒。

  • start 方法建立新執行緒的準備工作

    • 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, 如已經設定了上下文、棧、執行緒狀態以及 PC(PC 是一個暫存器，PC 指向程式執行的位置) 等。

    • 做完這些準備工作之後，就萬事俱備只欠東風了，東風就是 CPU 資源。

    • 做完準備工作之後，執行緒才能被 JVM 或作業系統進一步去排程到執行狀態等待獲取 CPU 資源，然後才會真正地進入到執行狀態執行 run 方法中的程式碼。

  • 需要注意: 不能重複的執行 start 方法

    • 程式碼示例

      /**
* <p>
* 演示不能重複的執行 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: 丟擲 java.lang.IllegalThreadStateException
        // 即非法執行緒狀態異常(執行緒狀態不符合規定)
        thread.start();
    }
}

    • 報錯的原因

      • start 一旦開始執行，執行緒狀態就從最開始的 New 狀態進入到後續的狀態，比如說 Runnable，然後一旦執行緒執行完畢，執行緒就會變成終止狀態，而終止狀態永遠不可能再返回回去，所以會丟擲以上異常，也就是說不能回到初始狀態了。這裡描述的還不夠清晰，讓我們來看看原始碼能瞭解的更透徹。

start 方法原始碼分析

原始碼

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, 檢查執行緒狀態是否為初始狀態, 這裡也就是上面丟擲異常的原因
    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, 加入執行緒組
    group.add(this);

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

原始碼中的流程

第一步：
啟動新執行緒時會首先檢查執行緒狀態是否為初始狀態, 這也是以上丟擲異常的原因。即以下程式碼:

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

其中 threadStatus 這個變數的註釋如下，也就是說 Java 的執行緒狀態最初始(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:
將其加入執行緒組。即以下程式碼:

group.add(this);

第三步:
最後呼叫 start0() 這個 native 方法(native 代表它的程式碼不是由 Java 實現的，而是由 C/C++ 實現的，具體實現可以在 JDK 裡面看到，瞭解即可), 即以下程式碼:

boolean started = false;
try {
    // 第三步, 呼叫 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 方法原始碼分析

@Override
public void run() {
    // 傳入了 target 物件(即 Runnable 介面的實現), 執行傳入的 target 物件的 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 物件(即 Runnable 介面的實現)，執行 Thread 的原有 run 方法然後接著執行 target 物件的 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，所以它的執行執行緒就是我們的主執行緒。

    • 所以要想真正的啟動執行緒，不能直接呼叫 run 方法，而是要呼叫 start 方法，其中可以間接的呼叫 run 方法。

如有寫的不足的，請見諒，請大家多多指教。

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