初识线程——Thread源码解析

最新推荐文章于 2023-03-19 13:55:00 发布

原创最新推荐文章于 2023-03-19 13:55:00 发布 · 410 阅读

1 ·

CC 4.0 BY-SA版权

本文深入探讨了线程的概念、生命周期及其与Runnable接口的关系。解释了线程如何在多处理器编程中提升性能，分析了Thread类的start方法及模板设计模式的应用。并通过案例对比了重写run方法与实现Runnable接口的不同之处。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、什么是线程

计算机系统当中我们将一个任务称之为进程，每个进程中又包含一个或多个执行单元，这个执行单元我们称之为线程（线程又被称作轻量级进程）。线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。程序员可以利用它来进行多处理器编程，比如对于计算密集型任务，我们可以通过多线程来进行提速。

一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，每个线程都有自己的局部变量表、程序计数器（指向当前线程正在执行的指令指针）以及各自的生命周期。多线程下，操作系统根据CPU时钟切换到不同的线程进行执行。

二、线程的生命周期

NEW：此状态的Thread就是JVM堆上的一个对象，和其他普通Java对象没什么区别；

START：此时才会调用JNI，通过操作系统实际创建一个线程，start0（）方法会立即返回，不会阻塞线程；

RUNNABLE：START后的线程处于此状态，创建后的线程并不会立即启动，而是需要等待CPU调度：

该状态的线程不会直接进入BLOCKED、TERMINALED状态，即使在线程中调用wait、sleep或者其他的block的IO操作等，必须获取到CPU调度执行权才可以。严格来说该状态的线程只能进入RUNNING或者意外终止；

RUNNING：CPU通过轮询或者其他方式从任务可执行队列中选了某个线程，该线程才会进入该状态，执行逻辑代码；

具体个状态的线程状态切换可以看上图。

三、Thread中的strat方法剖析

public synchronized void start() {
    if (this.threadStatus != 0) {
        throw new IllegalThreadStateException();
    } else {
        this.group.add(this);
        boolean started= false;

        try {
            this.start0();
            started= true;
        } finally {
            try {
                if (!started) {
                    this.group.threadStartFailed(this);
                }
            } catch (Throwable var8) {
            }
        }
    }
}

threadStatus是指的线程状态，由JVM对其进行修改，从源码中我们可以分析出下面几个问题：

Thread被NEW创建出来之后，内部属性threadStatus的初始值为0；

同一个线程对象不能再次启动，否则会报IllegalThreadStateException，因为第一个启动后进入RUNNING状态，此时threadStatus不等于0；

一个线程生命周期结束（也就是进入TERMINALED状态），再次调用start方法是不被允许的，也就是TERMINALED状态是无法回到RUNNING状态的；

线程启动后会被加入到ThreadGroup中。

四、Thread中的模板设计模式

JDK官方文档中对run（）方法的描述是：线程开始执行时，是由JVM去调用run（）方法。所以我们在Thread源码中无法看到run（）的调用。线程的真正执行逻辑是在run方法中实现的，通常我们把run方法称为线程的执行单元，接下来我们分析一下run方法：

private Runnable target;
public void run() {
    if (this.target != null) {
        this.target.run();
    }
}

从源码中我们可以看到，如果我们在创建Thread时没有使用Runnable接口对其进行构造，可以把run方法看作是一个空实现。其实Thread的start与run方法就是一个比较典型的模板设计模式，父类Thread编写算法结构代码，子类实现业务逻辑细节。这样的好处是父类控制程序结构（方法是final类型，不允许被重写，如start方法），子类只需要实现想要的业务逻辑任务，两者分离开来达到职责分明、功能单一的原则。

五、Runnable接口的引入

通过上述分析我们知道Thread实现了Runnable接口，为啥要用这个接口，直接定义run方法不香吗？我们可以编写继承Thread的子类，子类中重写run方法，多简单明了，为啥要再额外定义一个Runnable接口？

原因是Thread的run方法不能共享，也就是说线程A不能执行线程B的run方法。但是Runnable接口可以实现这个，我们可以使用同一个Runnable实例构造多个不同的Thread对象，并且可以在Runnable实现类中定义多个共享变量，实现变量的共享。

举例说明：比如我们去银行办理业务，需要去取号机取号等待办理业务，假设现在我们有一个需求是该银行网点有四台取号机，每天只服务50个人，也就是说每天四台取号机总共只能出50个号。

分析上述需求我们知道，这涉及到四个取号机有一个共享变量——票号（ticketIndex）。下面我们通过重写Thread的run方法和实现Runnable接口的run方法两种方式构造执行单元，进而分析使用Runnable的优越性。

第一种方式

此种方式是达不到我们需求的，根本原因是四个线程的执行单元是不一样的（执行的不是同一个执行单元），但是四个线程间没有交互，所以每个线程都执行了50遍，所以我们需要改进。

第二种方式

通过static关键字将成员变量ticketIndex从非静态属性变为静态属性，这样对象间共享ticketIndex变量，可以实现我们的需求。但是通过static关键字来实现会带来一定的性能问题。static变量的生命周期很长，所以会长时间占用内存，如果共享的变量很多，那会占用更多的内存。同时static变量虽然实现了共享，但是还是存在线程安全的问题（ticketIndex++操作是不安全的）。