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Thread.start() ，它是怎么让线程启动的呢？

2020-11-26 09:48 99 查看

作者：小傅哥博客：https://bugstack.cn Github：https://github.com/fuzhengwei/CodeGuide/wiki

沉淀、分享、成长，让自己和他人都能有所收获！😄

一、前言

有句话：正因为你优秀，所以难以卓越！

刚开始听这句话还在上学，既不卓越、也不优秀，甚至可能还有点笨！但突然从某次爬到班级的前几名后，开始喜欢上了这种感觉，原来前面的风景是如此灿烂😜！

优秀和卓越差的不是一个等级，当你感觉自己优秀后，还能保持空瓶的心态开始，才能逐步的像卓越迈进，并漫漫长！

是不小时候更容易学会更多的知识，但越大越笨了！人可能很容易被自己的年纪大了，当成长者。却很少能保持一个低姿态谦卑的心态，不断的学习。

所以最后

，放不下自己，也拾不起能力。

喜欢一句话，

蓝是天的颜色、红是火的象征，我不学大海抄袭天的蓝、也不学晚霞模拟火的红。我就是我，生命是我的、命运是我的

。健身也是你的、学习也是你的，只要你有一个好心态，自然会走到前面卓越那里！

二、面试题

谢飞机，小记！

码德，年轻人写代码好猖狂，不遵守规范还喷我，你要

耗子尾汁

！谢飞机骂骂咧咧的下班后，找面试官聊心得。

谢飞机：我感觉天天就像活在粪堆，代码都是乱糟糟，我有心无力！

面试官：怎么，想跳槽了？

谢飞机：想去写代码有规范的公司，想提升！

面试官：嗯！确实，有些大公司的代码质量要好一些。但是你也要自身能力强的。

谢飞机：是的，我一直在努力学习！准备跑路！

面试官：那我顺便考你个题，看看你进大厂的几率大不。

嗯... Java 线程如何启动的？

谢飞机：如何启动的？

start

启动的！

面试官：还有吗？

谢飞机：嗯...，没了！

面试官：嗯，可能

会与不会

这一个题并不会让你代码有多牛、有多好，但是你的技术栈深度和广度，决定你的编程职业生涯是否有一条康庄大道。还是要多努力！

三、线程启动分析

new Thread(() -> {
// todo
}).start();

咳咳，Java 的线程创建和启动非常简单，但如果问

一个线程是怎么启动起来的

往往并不清楚，甚至不知道为什么启动时是

调用start()

，而不是

调用run()

方法呢？

那么，为了让大家有一个更直观的认知，我们先站在上帝视角。把这段 Java 的线程代码，到 JDK 方法使用，以及 JVM 的相应处理过程，展示给大家，以方便我们后续逐步分析。

以上，就是一个线程启动的整体过程分析，会涉及到如下知识点：

线程的启动会涉及到本地方法（JNI）的调用，也就是那部分 C++ 编写的代码。
JVM 的实现中会有不同操作系统对线程的统一处理，比如：Win、Linux、Unix。
线程的启动会涉及到线程的生命周期状态（RUNNABLE），以及唤醒操作，所以最终会有回调操作。也就是调用我们的 run() 方法

接下来，我们就开始逐步分析每一步源码的执行内容，从而了解线程启动过程。

四、线程启动过程

1. Thread start UML 图

如图 19-2 是线程的启动过程时序图，整体的链路较长，会涉及到 JVM 的操作。核心源码如下：

```
Thread.c
```
：https://github.com/unofficial-openjdk/openjdk/blob/jdk/jdk/src/java.base/share/native/libjava/Thread.c
```
jvm.cpp
```
：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/prims/jvm.cpp
```
thread.cpp
```
：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/thread.cpp
```
os.cpp
```
：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/os.hpp
```
os_linux.cpp
```
：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/os/linux/vm/os_linux.cpp
```
os_windows.cpp
```
：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/os/windows/vm/os_windows.cpp
```
vmSymbols.hpp
```
：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/share/vm/classfile/vmSymbols.hpp

2. Java 层面 Thread 启动

2.1 start() 方法

new Thread(() -> {
// todo
}).start();
// JDK 源码
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) {}
}
}

线程启动方法
```
start()
```
，在它的方法英文注释中已经把核心内容描述出来。
```
Causes this thread to begin execution; the Java Virtual Machine calls the run method of this thread.
```
这段话的意思是：由 JVM 调用此线程的 run 方法，使线程开始执行。其实这就是一个 JVM 的回调过程，下文源码分析中会讲到
另外
```
start()
```
是一个
```
synchronized
```
方法，但为了避免多次调用，在方法中会由线程状态判断。
```
threadStatus != 0
```
。
```
group.add(this)
```
，是把当前线程加入到线程组，ThreadGroup。
```
start0()
```
，是一个本地方法，通过 JNI 方式调用执行。这一步的操作才是启动线程的核心步骤。

2.2 start0() 本地方法

// 本地方法 start0
private native void start0();

// 注册本地方法
public class Thread implements Runnable {
/* Make sure registerNatives is the first thing <clinit> does. */
private static native void registerNatives();
static {
registerNatives();
}
// ...
}

```
start0()
```
，是一个本地方法，用于启动线程。
```
registerNatives()
```
，这个方法是用于注册线程执行过程中需要的一些本地方法，比如：
```
start0
```
、
```
isAlive
```
、
```
yield
```
、
```
sleep
```
、
```
interrupt0
```
等。

registerNatives，本地方法定义在

Thread.c

中，以下是定义的核心源码：

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},
};

源码：https://github.com/unofficial-openjdk/openjdk/blob/jdk/jdk/src/java.base/share/native/libjava/Thread.c
从定义中可以看到，
```
start0
```
方法会执行
```
&JVM_StartThread
```
方法，最终由 JVM 层面启动线程。

3. JVM 创建线程

3.1 JVM_StartThread

源码：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;

// 创建线程
native_thread = new JavaThread(&thread_entry, sz);// 启动线程
Thread::start(native_thread);

JVM_END

这部分代码比较多，但核心内容主要是
```
创建线程
```
和
```
启动线程
```
，另外
```
&thread_entry
```
也是一个方法，如下：

thread_entry，线程入口

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);
}

重点，在创建线程引入这个线程入口的方法时，

thread_entry

中包括了 Java 的回调函数

JavaCalls::call_virtual

。这个回调函数会由 JVM 调用。

vmSymbols::run_method_name()，就是那个被回调的方法，源码如下：

源码：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")

这个
```
run
```
就是我们的 Java 程序中会被调用的 run 方法。接下来我们继续按照代码执行链路，寻找到这个被回调的方法在什么时候调用的。

3.2 JavaThread

native_thread = new JavaThread(&thread_entry, sz);

接下来，我们继续看

JavaThread

的源码执行内容。

源码：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
```
，就是我们上面的
```
thread_entry
```
方法。
```
size_t stack_sz
```
，表示进程中已有的线程个数。
这两个参数，都会传递给
```
os::create_thread
```
方法，用于创建线程使用。

3.3 os::create_thread

源码：

```
os_linux.cpp
```
：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/os/linux/vm/os_linux.cpp
```
os_windows.cpp
```
：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/os/windows/vm/os_windows.cpp

众所周知，JVM 是个啥！

，所以它的 OS 服务实现，Liunx 还有 Windows 等，都会实现线程的创建逻辑。这有点像适配器模式

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)
```
，初始化已分配的状态，但此时并没有初始化。
```
pthread_create
```
，是类Unix操作系统（Unix、Linux、Mac OS X等）的创建线程的函数。
```
java_start
```
，重点关注类，是实际创建线程的方法。

3.4 java_start

源码：https://github.com/JetBrains/jdk8u_hotspot/blob/master/src/os/linux/vm/os_linux.cpp

static void *java_start(Thread *thread) {

// 线程ID
int pid = os::current_process_id();

// 设置线程
ThreadLocalStorage::set_thread(thread);

// 设置线程状态：INITIALIZED 初始化完成
osthread->set_state(INITIALIZED);

// 唤醒所有线程
sync->notify_all();

// 循环，初始化状态，则一致等待 wait
while (osthread->get_state() == INITIALIZED) {
sync->wait(Mutex::_no_safepoint_check_flag);
}

// 等待唤醒后，执行 run 方法
thread->run();

return 0;
}

JVM 设置线程状态，INITIALIZED 初始化完成。
```
sync->notify_all()
```
，唤醒所有线程。
```
osthread->get_state() == INITIALIZED
```
，while 循环等待
```
thread->run()
```
，是等待线程唤醒后，也就是状态变更后，才能执行到。这在我们的线程执行UML图中，也有所体现

4. JVM 启动线程

JVM_ENTRY(void, JVM_StartThread(JNIEnv* env, jobject jthread))
JVMWrapper("JVM_StartThread");
JavaThread *native_thread = NULL;

// 创建线程
native_thread = new JavaThread(&thread_entry, sz);// 启动线程
Thread::start(native_thread);

JVM_END

```
JVM_StartThread
```
中有两步，创建（
```
new JavaThread
```
）、启动（
```
Thread::start
```
）。创建的过程聊完了，接下来我们聊启动。

4.1 Thread::start

源码：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 会有不同的启动代码逻辑
os::start_thread(thread);
}
}

如果没有禁用线程
```
DisableStartThread
```
并且是 Java 线程
```
thread->is_Java_thread()
```
，那么设置线程状态为
```
RUNNABLE
```
。
```
os::start_thread(thread)
```
，调用线程启动方法。不同的 OS 会有不同的启动代码逻辑

4.2 os::start_thread(thread)

源码：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)
```
，设置线程状态
```
RUNNABLE
```
```
pd_start_thread(thread)
```
，启动线程，这个就由各个 OS 实现类，实现各自系统的启动方法了。比如，windows系统和Linux系统的代码是完全不同的。

4.3 pd_start_thread(thread)

源码：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();
}

这部分代码
```
notify()
```
最关键，它可以唤醒线程。
线程唤醒后，
```
3.4 中的 thread->run();
```
就可以继续执行了。

5. JVM 线程回调

5.1 thread->run()[JavaThread::run()]

源码：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() {
// ... 初始化线程操作

thread_main_inner();
}

os_linux.cpp 类中的 java_start 里的 thread->run()，最终调用的就是 thread.cpp 的 JavaThread::run() 方法。
这部分还需要继续往下看，
```
thread_main_inner();
```
方法。

5.2 thread_main_inner

源码：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;
}

这里有你熟悉的设置的线程名称，

this->set_native_thread_name(this->get_thread_name())

。

```
this->entry_point()
```
，实际调用的就是 3.1 中的 thread_entry 方法。
```
thread_entry
```
，方法最终会调用到
```
JavaCalls::call_virtual
```
里的
```
vmSymbols::run_method_name()
```
。也就是 run() 方法，至此线程启动完成。终于串回来了！

五、总结

线程的启动过程涉及到了 JVM 的参与，所以如果没有认真了解过，确实很难从一个本地方法了解的如此透彻。

整个源码分析可以结合着代码调用UML时序图进行学习，基本核心过程包括：

Java 创建线程和启动

、

调用本地方法 start0()

、

JVM 中 JVM_StartThread 的创建和启动

、

设置线程状态等待被唤醒

、

根据不同的OS启动线程并唤醒

、

最后回调 run() 方法启动 Java 线程

。

有时候可能只是一步很简单的方法，也会有它的深入之处，当真的懂了以后，就不用死记硬背。如果需要获得以上高清大图，可以添加小傅哥微信(
```
fustack
```
)，备注：Thread大图

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