【高并发】一个工作了7年的朋友去面试竟然被Thread类虐的体无完肤
前言
最近和一个工作了7年的朋友聊天，他跟我说起了他去XXX公司面试的情况，面试官的一个问题把他打懵了！竟然问他：你经常使用Thread类创建线程，那你看过Thread类的源码吗？Thread类创建线程的流程是什么？如何中断一个正在执行的线程？我这个朋友平时觉得Thread类非常简单，自然是没看过Thread类的源码，然后，就没有然后了！！！
所以，我们学习技术不仅需要知其然，更需要知其所以然，今天，我们就一起来简单看看Thread类的源码。
注意：本文是基于JDK 1.8来进行分析的。
Thread类的继承关系
我们可以使用下图来表示Thread类的继承关系。
由上图我们可以看出，Thread类实现了Runnable接口，而Runnable在JDK 1.8中被@FunctionalInterface注解标记为函数式接口，Runnable接口在JDK 1.8中的源代码如下所示。
@FunctionalInterface
public interface Runnable {
public abstract void run();
}
Runnable接口的源码比较简单，只是提供了一个run()方法，这里就不再赘述了。
接下来，我们再来看看@FunctionalInterface注解的源码，如下所示。
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface FunctionalInterface {}
可以看到，@FunctionalInterface注解声明标记在Java类上，并在程序运行时生效。
Thread类的源码剖析
Thread类定义
Thread在java.lang包下，Thread类的定义如下所示。
public class Thread implements Runnable {
加载本地资源
打开Thread类后，首先，我们会看到在Thread类的最开始部分，定义了一个静态本地方法registerNatives()，这个方法主要用来注册一些本地系统的资源。并在静态代码块中调用这个本地方法，如下所示。
//定义registerNatives()本地方法注册系统资源
private static native void registerNatives();
static {
//在静态代码块中调用注册本地系统资源的方法
registerNatives();
}
Thread中的成员变量
Thread类中的成员变量如下所示。
//当前线程的名称
private volatile String name;
//线程的优先级
private int priority;
private Thread threadQ;
private long eetop;
//当前线程是否是单步线程
private boolean single_step;
//当前线程是否在后台运行
private boolean daemon = false;
//Java虚拟机的状态
private boolean stillborn = false;
//真正在线程中执行的任务
private Runnable target;
//当前线程所在的线程组
private ThreadGroup group;
//当前线程的类加载器
private ClassLoader contextClassLoader;
//访问控制上下文
private AccessControlContext inheritedAccessControlContext;
//为匿名线程生成名称的编号
private static int threadInitNumber;
//与此线程相关的ThreadLocal,这个Map维护的是ThreadLocal类
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
//与此线程相关的ThreadLocal
ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;
//当前线程请求的堆栈大小，如果未指定堆栈大小，则会交给JVM来处理
private long stackSize;
//线程终止后存在的JVM私有状态
private long nativeParkEventPointer;
//线程的id
private long tid;
//用于生成线程id
private static long threadSeqNumber;
//当前线程的状态，初始化为0，代表当前线程还未启动
private volatile int threadStatus = 0;
//由（私有）java.util.concurrent.locks.LockSupport.setBlocker设置
//使用java.util.concurrent.locks.LockSupport.getBlocker访问
volatile Object parkBlocker;
//Interruptible接口中定义了interrupt方法，用来中断指定的线程
private volatile Interruptible blocker;
//当前线程的内部锁
private final Object blockerLock = new Object();
//线程拥有的最小优先级
public final static int MIN_PRIORITY = 1;
//线程拥有的默认优先级
public final static int NORM_PRIORITY = 5;
//线程拥有的最大优先级
public final static int MAX_PRIORITY = 10;
从Thread类的成员变量，我们可以看出，Thread类本质上不是一个任务，它是一个实实在在的线程对象，在Thread类中拥有一个Runnable类型的成员变量target，而这个target成员变量就是需要在Thread线程对象中执行的任务。
线程的状态定义
在Thread类的内部，定义了一个枚举State，如下所示。
public enum State {
//初始化状态
NEW,
//可运行状态，此时的可运行包括运行中的状态和就绪状态
RUNNABLE,
//线程阻塞状态
BLOCKED,
//等待状态
WAITING,
//超时等待状态
TIMED_WAITING,
//线程终止状态
TERMINATED;
}
这个枚举类中的状态就代表了线程生命周期的各状态。我们可以使用下图来表示线程各个状态之间的转化关系。
NEW：初始状态，线程被构建，但是还没有调用start()方法。
RUNNABLE：可运行状态，可运行状态可以包括：运行中状态和就绪状态。
BLOCKED：阻塞状态，处于这个状态的线程需要等待其他线程释放锁或者等待进入synchronized。
WAITING：表示等待状态，处于该状态的线程需要等待其他线程对其进行通知或中断等操作，进而进入下一个状态。
TIME_WAITING：超时等待状态。可以在一定的时间自行返回。
TERMINATED：终止状态，当前线程执行完毕。
Thread类的构造方法
Thread类中的所有构造方法如下所示。
public Thread() {
init(null, null, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
public Thread(Runnable target) {
init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
Thread(Runnable target, AccessControlContext acc) {
init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0, acc, false);
}
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target) {
init(group, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
public Thread(String name) {
init(null, null, name, 0);
}
public Thread(ThreadGroup group, String name) {
init(group, null, name, 0);
}
public Thread(Runnable target, String name) {
init(null, target, name, 0);
}
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name) {
init(group, target, name, 0);
}
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name,
long stackSize) {
init(group, target, name, stackSize);
}
其中，我们最经常使用的就是如下几个构造方法了。
public Thread() {
init(null, null, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
public Thread(Runnable target) {
init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
public Thread(String name) {
init(null, null, name, 0);
}
public Thread(ThreadGroup group, String name) {
init(group, null, name, 0);
}
public Thread(Runnable target, String name) {
init(null, target, name, 0);
}
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name) {
init(group, target, name, 0);
}
通过Thread类的源码，我们可以看出，Thread类在进行初始化的时候，都是调用的init()方法，接下来，我们看看init()方法是个啥。
init()方法
private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name, long stackSize) {
init(g, target, name, stackSize, null, true);
}
private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
long stackSize, AccessControlContext acc,
boolean inheritThreadLocals) {
//线程的名称为空，抛出空指针异常
if (name == null) {
throw new NullPointerException("name cannot be null");
}
this.name = name;
Thread parent = currentThread();
//获取系统安全管理器
SecurityManager security = System.getSecurityManager();
//线程组为空
if (g == null) {
//获取的系统安全管理器不为空
if (security != null) {
//从系统安全管理器中获取一个线程分组
g = security.getThreadGroup();
}
//线程分组为空，则从父线程获取
if (g == null) {
g = parent.getThreadGroup();
}
}
//检查线程组的访问权限
g.checkAccess();
//检查权限
if (security != null) {
if (isCCLOverridden(getClass())) {
security.checkPermission(SUBCLASS_IMPLEMENTATION_PERMISSION);
}
}
g.addUnstarted();
//当前线程继承父线程的相关属性
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);
/* Stash the specified stack size in case the VM cares */
this.stackSize = stackSize;
//设置线程id
tid = nextThreadID();
}
Thread类中的构造方法是被创建Thread线程的线程调用的，此时，调用Thread的构造方法创建线程的线程就是父线程，在init()方法中，新创建的Thread线程会继承父线程的部分属性。
run()方法
既然Thread类实现了Runnable接口，则Thread类就需要实现Runnable接口的run()方法，如下所示。
@Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}
可以看到，Thread类中的run()方法实现非常简单，只是调用了Runnable对象的run()方法。所以，真正的任务是运行在run()方法中的。另外，需要注意的是：直接调用Runnable接口的run()方法不会创建新线程来执行任务，如果需要创建新线程执行任务，则需要调用Thread类的start()方法。
start()方法
public synchronized void start() {
//线程不是初始化状态，则直接抛出异常
if (threadStatus != 0)
throw new IllegalThreadStateException();
//添加当前启动的线程到线程组
group.add(this);
//标记线程是否已经启动
boolean started = false;
try {
//调用本地方法启动线程
start0();
//将线程是否启动标记为true
started = true;
} finally {
try {
//线程未启动成功
if (!started) {
//将线程在线程组里标记为启动失败
group.threadStartFailed(this);
}
} catch (Throwable ignore) {
/* do nothing. If start0 threw a Throwable then
it will be passed up the call stack */
}
}
}
private native void start0();
从start()方法的源代码，我们可以看出：start()方法使用synchronized关键字修饰，说明start()方法是同步的，它会在启动线程前检查线程的状态，如果不是初始化状态，则直接抛出异常。所以，一个线程只能启动一次，多次启动是会抛出异常的。
这里，也是面试的一个坑：面试官：【问题一】能不能多次调用Thread类的start()方法来启动线程吗？【问题二】多次调用Thread线程的start()方法会发生什么？【问题三】为什么会抛出异常？
调用start()方法后，新创建的线程就会处于就绪状态（如果没有分配到CPU执行），当有空闲的CPU时，这个线程就会被分配CPU来执行，此时线程的状态为运行状态，JVM会调用线程的run()方法执行任务。
sleep()方法
sleep()方法可以使当前线程休眠，其代码如下所示。
//本地方法，真正让线程休眠的方法
public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;
public static void sleep(long millis, int nanos)
throws InterruptedException {
if (millis < 0) {
throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
}
if (nanos < 0 || nanos > 999999) {
throw new IllegalArgumentException(
"nanosecond timeout value out of range");
}
if (nanos >= 500000 || (nanos != 0 && millis == 0)) {
millis++;
}
//调用本地方法
sleep(millis);
}
sleep()方法会让当前线程休眠一定的时间，这个时间通常是毫秒值，这里需要注意的是：调用sleep()方法使线程休眠后，线程不会释放相应的锁。
join()方法
join()方法会一直等待线程超时或者终止，代码如下所示。
public final synchronized void join(long millis)
throws InterruptedException {
long base = System.currentTimeMillis();
long now = 0;
if (millis < 0) {
throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
}
if (millis == 0) {
while (isAlive()) {
wait(0);
}
} else {
while (isAlive()) {
long delay = millis - now;
if (delay <= 0) {
break;
}
wait(delay);
now = System.currentTimeMillis() - base;
}
}
}
public final synchronized void join(long millis, int nanos)
throws InterruptedException {
if (millis < 0) {
throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
}
if (nanos < 0 || nanos > 999999) {
throw new IllegalArgumentException(
"nanosecond timeout value out of range");
}
if (nanos >= 500000 || (nanos != 0 && millis == 0)) {
millis++;
}
join(millis);
}
public final void join() throws InterruptedException {
join(0);
}
join()方法的使用场景往往是启动线程执行任务的线程，调用执行线程的join()方法，等待执行线程执行任务，直到超时或者执行线程终止。
interrupt()方法
interrupt()方法是中断当前线程的方法，它通过设置线程的中断标志位来中断当前线程。此时，如果为线程设置了中断标志位，可能会抛出InteruptedExeption异常，同时，会清除当前线程的中断状态。这种方式中断线程比较安全，它能使正在执行的任务执行能够继续执行完毕，而不像stop()方法那样强制线程关闭。代码如下所示。
public void interrupt() {
if (this != Thread.currentThread())
checkAccess();
synchronized (blockerLock) {
Interruptible b = blocker;
if (b != null) {
interrupt0(); // Just to set the interrupt flag
b.interrupt(this);
return;
}
}
//调用本地方法中断线程
interrupt0();
}
private native void interrupt0();
总结
作为技术人员，要知其然，更要知其所以然，我那个朋友技术本身不错，各种框架拿来就用，基本没看过常用的框架源码和JDK中常用的API，属于那种CRUD型程序员，这次面试就栽在了一个简单的Thread类上，所以，大家在学会使用的时候，一定要了解下底层的实现才好啊！
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