作者：小傅哥
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沉澱、分享、成長，讓自己和他人都能有所收穫！?
一、前言
有句話：正因為你優秀，所以難以卓越！
剛開始聽這句話還在上學，既不卓越、也不優秀，甚至可能還有點笨！但突然從某次爬到班級的前幾名後，開始喜歡上了這種感覺，原來前面的風景是如此燦爛?！
優秀和卓越差的不是一個等級，當你感覺自己優秀後，還能保持空瓶的心態開始，才能逐步的像卓越邁進，並漫漫長！
是不小時候更容易學會更多的知識，但越大越笨了！人可能很容易被自己的年紀大了，當成長者。卻很少能保持一個低姿態謙卑的心態，不斷的學習。所以最後，放不下自己，也拾不起能力。
喜歡一句話，藍是天的顏色、紅是火的象徵，我不學大海抄襲天的藍、也不學晚霞模擬火的紅。我就是我，生命是我的、命運是我的。健身也是你的、學習也是你的，只要你有一個好心態，自然會走到前面卓越那裡！
二、面試題
謝飛機，小記！ 碼德，年輕人寫程式碼好猖狂，不遵守規範還噴我，你要耗子尾汁！謝飛機罵罵咧咧的下班後，找面試官聊心得。
謝飛機：我感覺天天就像活在糞堆，程式碼都是亂糟糟，我有心無力！
面試官：怎麼，想跳槽了？
謝飛機：想去寫程式碼有規範的公司，想提升！
面試官：嗯！確實，有些大公司的程式碼質量要好一些。但是你也要自身能力強的。
謝飛機：是的，我一直在努力學習！準備跑路！
面試官：那我順便考你個題，看看你進大廠的機率大不。嗯... Java 執行緒如何啟動的？
謝飛機：如何啟動的？start 啟動的！
面試官：還有嗎？
謝飛機：嗯...，沒了！
面試官：嗯，可能會與不會這一個題並不會讓你程式碼有多牛、有多好，但是你的技術棧深度和廣度，決定你的程式設計職業生涯是否有一條康莊大道。還是要多努力！
三、執行緒啟動分析
new Thread(() -> {
// todo
}).start();
咳咳，Java 的執行緒建立和啟動非常簡單，但如果問一個執行緒是怎麼啟動起來的往往並不清楚，甚至不知道為什麼啟動時是呼叫start()，而不是呼叫run()方法呢？
那麼，為了讓大家有一個更直觀的認知，我們先站在上帝視角。把這段 Java 的執行緒程式碼，到 JDK 方法使用，以及 JVM 的相應處理過程，展示給大家，以方便我們後續逐步分析。
以上，就是一個執行緒啟動的整體過程分析，會涉及到如下知識點：
- 執行緒的啟動會涉及到本地方法（JNI）的呼叫，也就是那部分 C++ 編寫的程式碼。
- JVM 的實現中會有不同作業系統對執行緒的統一處理，比如：Win、Linux、Unix。
- 執行緒的啟動會涉及到執行緒的生命週期狀態（RUNNABLE），以及喚醒操作，所以最終會有回撥操作。也就是呼叫我們的 run() 方法
接下來，我們就開始逐步分析每一步原始碼的執行內容，從而瞭解執行緒啟動過程。
四、執行緒啟動過程
1. Thread start UML 圖
如圖 19-2 是執行緒的啟動過程時序圖，整體的鏈路較長，會涉及到 JVM 的操作。核心原始碼如下：
Thread.c：https://github.com/unofficial-openjdk/openjdk/blob/jdk/jdk/src/java.base/share/native/libjava/Thread.cjvm.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/prims/jvm.cppthread.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/thread.cppos.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/os.hppos_linux.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/os/linux/vm/os_linux.cppos_windows.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/os/windows/vm/os_windows.cppvmSymbols.hpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/classfile/vmSymbols.hpp
2. Java 層面 Thread 啟動
2.1 start() 方法
new Thread(() -> {
// todo
}).start();
// JDK 原始碼
public synchronized void start() {
if (threadStatus != 0)
throw new IllegalThreadStateException();
group.add(this);
boolean started = false;
try {
start0();
started = true;
} finally {
try {
if (!started) {
group.threadStartFailed(this);
}
} catch (Throwable ignore) {}
}
}
- 執行緒啟動方法
start()，在它的方法英文註釋中已經把核心內容描述出來。Causes this thread to begin execution; the Java Virtual Machine calls the run method of this thread.這段話的意思是：由 JVM 呼叫此執行緒的 run 方法，使執行緒開始執行。其實這就是一個 JVM 的回撥過程，下文原始碼分析中會講到 - 另外
start()是一個synchronized方法，但為了避免多次呼叫，在方法中會由執行緒狀態判斷。threadStatus != 0。 group.add(this)，是把當前執行緒加入到執行緒組，ThreadGroup。start0()，是一個本地方法，通過 JNI 方式呼叫執行。這一步的操作才是啟動執行緒的核心步驟。
2.2 start0() 本地方法
// 本地方法 start0
private native void start0();
// 註冊本地方法
public class Thread implements Runnable {
/* Make sure registerNatives is the first thing <clinit> does. */
private static native void registerNatives();
static {
registerNatives();
}
// ...
}
start0()，是一個本地方法，用於啟動執行緒。registerNatives()，這個方法是用於註冊執行緒執行過程中需要的一些本地方法，比如：start0、isAlive、yield、sleep、interrupt0等。
registerNatives，本地方法定義在 Thread.c 中，以下是定義的核心原始碼：
static JNINativeMethod methods[] = {
{"start0", "()V", (void *)&JVM_StartThread},
{"stop0", "(" OBJ ")V", (void *)&JVM_StopThread},
{"isAlive", "()Z", (void *)&JVM_IsThreadAlive},
{"suspend0", "()V", (void *)&JVM_SuspendThread},
{"resume0", "()V", (void *)&JVM_ResumeThread},
{"setPriority0", "(I)V", (void *)&JVM_SetThreadPriority},
{"yield", "()V", (void *)&JVM_Yield},
{"sleep", "(J)V", (void *)&JVM_Sleep},
{"currentThread", "()" THD, (void *)&JVM_CurrentThread},
{"interrupt0", "()V", (void *)&JVM_Interrupt},
{"holdsLock", "(" OBJ ")Z", (void *)&JVM_HoldsLock},
{"getThreads", "()[" THD, (void *)&JVM_GetAllThreads},
{"dumpThreads", "([" THD ")[[" STE, (void *)&JVM_DumpThreads},
{"setNativeName", "(" STR ")V", (void *)&JVM_SetNativeThreadName},
};
- 原始碼：https://github.com/unofficial-openjdk/openjdk/blob/jdk/jdk/src/java.base/share/native/libjava/Thread.c
- 從定義中可以看到，
start0方法會執行&JVM_StartThread方法，最終由 JVM 層面啟動執行緒。
3. JVM 建立執行緒
3.1 JVM_StartThread
原始碼：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/prims/jvm.cpp
JVM_ENTRY(void, JVM_StartThread(JNIEnv* env, jobject jthread))
JVMWrapper("JVM_StartThread");
JavaThread *native_thread = NULL;
// 建立執行緒
native_thread = new JavaThread(&thread_entry, sz);
// 啟動執行緒
Thread::start(native_thread);
JVM_END
- 這部分程式碼比較多，但核心內容主要是
建立執行緒和啟動執行緒，另外&thread_entry也是一個方法，如下：
thread_entry，執行緒入口
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()),
vmSymbols::run_method_name(),
vmSymbols::void_method_signature(),
THREAD);
}
重點，在建立執行緒引入這個執行緒入口的方法時，thread_entry 中包括了 Java 的回撥函式 JavaCalls::call_virtual。這個回撥函式會由 JVM 呼叫。
vmSymbols::run_method_name()，就是那個被回撥的方法，原始碼如下：
原始碼：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/classfile/vmSymbols.hpp
#define VM_SYMBOLS_DO(template, do_alias)
template(run_method_name, "run")
- 這個
run就是我們的 Java 程式中會被呼叫的 run 方法。接下來我們繼續按照程式碼執行鏈路，尋找到這個被回撥的方法在什麼時候呼叫的。
3.2 JavaThread
native_thread = new JavaThread(&thread_entry, sz);
接下來，我們繼續看 JavaThread 的原始碼執行內容。
原始碼：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/thread.cpp
JavaThread::JavaThread(ThreadFunction entry_point, size_t stack_sz) :
Thread()
#if INCLUDE_ALL_GCS
, _satb_mark_queue(&_satb_mark_queue_set),
_dirty_card_queue(&_dirty_card_queue_set)
#endif // INCLUDE_ALL_GCS
{
if (TraceThreadEvents) {
tty->print_cr("creating thread %p", this);
}
initialize();
_jni_attach_state = _not_attaching_via_jni;
set_entry_point(entry_point);
// Create the native thread itself.
// %note runtime_23
os::ThreadType thr_type = os::java_thread;
thr_type = entry_point == &compiler_thread_entry ? os::compiler_thread :os::java_thread;
os::create_thread(this, thr_type, stack_sz);
}
ThreadFunction entry_point，就是我們上面的thread_entry方法。size_t stack_sz，表示程式中已有的執行緒個數。- 這兩個引數，都會傳遞給
os::create_thread方法，用於建立執行緒使用。
3.3 os::create_thread
原始碼：
os_linux.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/os/linux/vm/os_linux.cppos_windows.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/os/windows/vm/os_windows.cpp
眾所周知，JVM 是個啥！，所以它的 OS 服務實現，Liunx 還有 Windows 等，都會實現執行緒的建立邏輯。這有點像介面卡模式
os_linux -> os::create_thread
bool os::create_thread(Thread* thread, ThreadType thr_type, size_t stack_size) {
assert(thread->osthread() == NULL, "caller responsible");
// Allocate the OSThread object
OSThread* osthread = new OSThread(NULL, NULL);
// Initial state is ALLOCATED but not INITIALIZED
osthread->set_state(ALLOCATED);
pthread_t tid;
int ret = pthread_create(&tid, &attr, (void* (*)(void*)) java_start, thread);
return true;
}
osthread->set_state(ALLOCATED)，初始化已分配的狀態，但此時並沒有初始化。pthread_create，是類Unix作業系統（Unix、Linux、Mac OS X等）的建立執行緒的函式。java_start，重點關注類，是實際建立執行緒的方法。
3.4 java_start
原始碼：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/os/linux/vm/os_linux.cpp
static void *java_start(Thread *thread) {
// 執行緒ID
int pid = os::current_process_id();
// 設定執行緒
ThreadLocalStorage::set_thread(thread);
// 設定執行緒狀態：INITIALIZED 初始化完成
osthread->set_state(INITIALIZED);
// 喚醒所有執行緒
sync->notify_all();
// 迴圈，初始化狀態，則一致等待 wait
while (osthread->get_state() == INITIALIZED) {
sync->wait(Mutex::_no_safepoint_check_flag);
}
// 等待喚醒後，執行 run 方法
thread->run();
return 0;
}
- JVM 設定執行緒狀態，INITIALIZED 初始化完成。
sync->notify_all()，喚醒所有執行緒。osthread->get_state() == INITIALIZED，while 迴圈等待thread->run()，是等待執行緒喚醒後，也就是狀態變更後，才能執行到。這在我們的執行緒執行UML圖中，也有所體現
4. JVM 啟動執行緒
JVM_ENTRY(void, JVM_StartThread(JNIEnv* env, jobject jthread))
JVMWrapper("JVM_StartThread");
JavaThread *native_thread = NULL;
// 建立執行緒
native_thread = new JavaThread(&thread_entry, sz);
// 啟動執行緒
Thread::start(native_thread);
JVM_END
JVM_StartThread中有兩步，建立（new JavaThread）、啟動（Thread::start）。建立的過程聊完了，接下來我們聊啟動。
4.1 Thread::start
原始碼：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/thread.cpp
void Thread::start(Thread* thread) {
trace("start", thread);
if (!DisableStartThread) {
if (thread->is_Java_thread()) {
java_lang_Thread::set_thread_status(((JavaThread*)thread)->threadObj(),
java_lang_Thread::RUNNABLE);
}
// 不同的 OS 會有不同的啟動程式碼邏輯
os::start_thread(thread);
}
}
- 如果沒有禁用執行緒
DisableStartThread並且是 Java 執行緒thread->is_Java_thread()，那麼設定執行緒狀態為RUNNABLE。 os::start_thread(thread)，呼叫執行緒啟動方法。不同的 OS 會有不同的啟動程式碼邏輯
4.2 os::start_thread(thread)
原始碼：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/os.hpp
void os::start_thread(Thread* thread) {
// guard suspend/resume
MutexLockerEx ml(thread->SR_lock(), Mutex::_no_safepoint_check_flag);
OSThread* osthread = thread->osthread();
osthread->set_state(RUNNABLE);
pd_start_thread(thread);
}
osthread->set_state(RUNNABLE)，設定執行緒狀態RUNNABLEpd_start_thread(thread)，啟動執行緒，這個就由各個 OS 實現類，實現各自系統的啟動方法了。比如，windows系統和Linux系統的程式碼是完全不同的。
4.3 pd_start_thread(thread)
原始碼：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/os/linux/vm/os_linux.cpp
void os::pd_start_thread(Thread* thread) {
OSThread * osthread = thread->osthread();
assert(osthread->get_state() != INITIALIZED, "just checking");
Monitor* sync_with_child = osthread->startThread_lock();
MutexLockerEx ml(sync_with_child, Mutex::_no_safepoint_check_flag);
sync_with_child->notify();
}
- 這部分程式碼
notify()最關鍵，它可以喚醒執行緒。 - 執行緒喚醒後，
3.4 中的 thread->run();就可以繼續執行了。
5. JVM 執行緒回撥
5.1 thread->run()[JavaThread::run()]
原始碼：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/thread.cpp
// The first routine called by a new Java thread
void JavaThread::run() {
// ... 初始化執行緒操作
thread_main_inner();
}
- os_linux.cpp 類中的 java_start 裡的 thread->run()，最終呼叫的就是 thread.cpp 的 JavaThread::run() 方法。
- 這部分還需要繼續往下看，
thread_main_inner();方法。
5.2 thread_main_inner
原始碼：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/thread.cpp
void JavaThread::thread_main_inner() {
if (!this->has_pending_exception() &&
!java_lang_Thread::is_stillborn(this->threadObj())) {
{
ResourceMark rm(this);
this->set_native_thread_name(this->get_thread_name());
}
HandleMark hm(this);
this->entry_point()(this, this);
}
DTRACE_THREAD_PROBE(stop, this);
this->exit(false);
delete this;
}
- 這裡有你熟悉的設定的執行緒名稱，
this->set_native_thread_name(this->get_thread_name())。 this->entry_point()，實際呼叫的就是 3.1 中的 thread_entry 方法。thread_entry，方法最終會呼叫到JavaCalls::call_virtual裡的vmSymbols::run_method_name()。也就是 run() 方法，至此執行緒啟動完成。終於串回來了！
五、總結
- 執行緒的啟動過程涉及到了 JVM 的參與，所以如果沒有認真瞭解過，確實很難從一個本地方法瞭解的如此透徹。
- 整個原始碼分析可以結合著程式碼呼叫UML時序圖進行學習，基本核心過程包括：
Java 建立執行緒和啟動、呼叫本地方法 start0()、JVM 中 JVM_StartThread 的建立和啟動、設定執行緒狀態等待被喚醒、根據不同的OS啟動執行緒並喚醒、最後回撥 run() 方法啟動 Java 執行緒。 - 有時候可能只是一步很簡單的方法，也會有它的深入之處，當真的懂了以後，就不用死記硬背。如果需要獲得以上高清大圖，可以新增小傅哥微信(
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