Thread类源码解读(1)——如何创建和启动线程
前言
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谈到线程同步与通信，线程本身的概念是绕不开的，而进程和线程的概念已经是老生常谈的话题了，一些基本的概念本文就不再讨论了，本篇仅仅致力于通过源码，了解线程的构造与启动，从而更深入的了解线程。
本文源码基于jdk1.8 。
阅读完本文，你应当有能力回答以下常见面试题：
- 创建线程有哪几种方式？
- 如何启动一个线程？
- 线程的run方法和start方法有什么区别？
Runnale接口
我们看Thread类的定义知道，它实现了Runable接口
public class Thread implements Runnable {
...
}而Runnable接口的定义如下:
@FunctionalInterface
public interface Runnable {
public abstract void run();
}它只有一个抽象方法run。同时，该接口还被@FunctionalInterface注解标注，说明它是一个函数式接口(@FunctionalInterface是java 1.8版本之后引入的)。这意味着我们可以使用Lambda表达式来创建Runnable接口的实例，这个我们到后面再举例。
线程创建
在java中，创建一个线程，有且仅有一种方式:
创建一个Thread类实例，并调用它的start方法。
这写在了java语言规范中(参见The Java Language Specification, Java SE 8 Edition, P659,chapter17):
Threads are represented by the Thread class. The only way for a user to create a thread is to create an object of this class; each thread is associated with such an object. A thread will start when the start() method is invoked on the corresponding Thread object.构造函数
要创建一个Thread类的实例自然要通过构造函数，Thread的public构造函数有8个之多，但是他们本质上都调用了同一个init函数:
public Thread() {
init(null, null, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
public Thread(String name) {
init(null, null, name, 0);
}
public Thread(Runnable target) {
init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
public Thread(Runnable target, String name) {
init(null, target, name, 0);
}
public Thread(ThreadGroup group, Runnable target) {
init(group, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
public Thread(ThreadGroup group, String name) {
init(group, null, 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);
}可见，这八个public类型的构造函数只不过是给init的方法的四个参数分别赋不同的值, 这四个参数分别是:
- ThreadGroup g（线程组）
- Runnable target （Runnable 对象）
- String name （线程的名字）
- long stackSize （为线程分配的栈的大小，若为0则表示忽略这个参数）
而init方法又调用了另一个init方法，设置了AccessController，以及inheritThreadLocals参数:
/**
* Initializes a Thread with the current AccessControlContext.
* @see #init(ThreadGroup,Runnable,String,long,AccessControlContext,boolean)
*/
private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name, long stackSize) {
init(g, target, name, stackSize, null, true);
}
//上面那个init方法最终调用了下面这个方法:
/**
* Initializes a Thread.
*
* @param g the Thread group
* @param target the object whose run() method gets called
* @param name the name of the new Thread
* @param stackSize the desired stack size for the new thread, or
* zero to indicate that this parameter is to be ignored.
* @param acc the AccessControlContext to inherit, or
* AccessController.getContext() if null
* @param inheritThreadLocals if {@code true}, inherit initial values for
* inheritable thread-locals from the constructing thread
*/
private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name, long stackSize, AccessControlContext acc, boolean inheritThreadLocals) {
...
}init方法中有一些关于线程组和访问控制上下文的设置，这里我们暂时就不深入讨论了。
所以综上来看，我们最常用的也就两个参数:
- Runnable target （Runnable 对象）
- String name （线程的名字）
而对于线程的名字，其默认值为"Thread-" + nextThreadNum(), nextThreadNum方法又是什么呢:
/* For autonumbering anonymous threads. */
private static int threadInitNumber;
private static synchronized int nextThreadNum() {
return threadInitNumber++;
}可见，它就是一个简单的递增计数器，所以如果创建线程时没有指定线程名，那线程名就会是:
Thread-0, Thread-1, Thread-2, Thread-3, ...
至此，我们看到，虽然Thread类的构造函数有这么多，但对我们来说真正重要的参数只有一个：
Runnable target （Runnable 对象）所以创建一个线程实例最重要的是要传入一个Runnable类型对象。
既然是Runnable类型，那么这个target必然是实现了Runnable接口的，也就是说该对象一定覆写了run方法。
我们知道，Thread类本身也实现了Runnable接口，所以它必然也覆写了run方法，我们先来看看它的run方法:
@Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}可以看到，这个run方法仅仅是调用了target对象的run方法，如果我们在线程构造时没有传入target（例如调用了无参构造函数），那么这个run方法就什么也不会做。
启动线程
线程对象创建完了之后，接下来就是启动一个线程，在java中，启动一个线程必须调用线程的start方法:
/**
* Causes this thread to begin execution; the Java Virtual Machine
* calls the <code>run</code> method of this thread.
* <p>
* The result is that two threads are running concurrently: the
* current thread (which returns from the call to the
* <code>start</code> method) and the other thread (which executes its
* <code>run</code> method).
* <p>
* It is never legal to start a thread more than once.
* In particular, a thread may not be restarted once it has completed
* execution.
*
* @exception IllegalThreadStateException if the thread was already
* started.
* @see #run()
* @see #stop()
*/
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".
*/
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. */
group.add(this);
boolean started = false;
try {
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 */
}
}
}
private native void start0()这个方法本质是调用了native的start0()方法，但是它的注释部分说明一些很重要的信息:
这个方法使得线程开始执行，并由JVM来执行这个线程的run方法，结果就是有两个线程在并发执行，一个是当前线程，也就是调用了Thread#start方法的线程，另一个线程就是当前thread对象代表的线程，它执行了run方法。
也就是说，这个Thread类实例代表的线程最终会执行它的run方法，而上面的分析中我们知道，它的run做的事就是调用Runnable对象的run方法，如果Runnable对象为null, 就啥也不做:
@Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}有的同学就要问了，绕了一大圈，忙了大半天，最后不就是为了执行target对象的run方法吗？为什么我们不直接调用target的run方法？这一层层的调用究竟是为了啥？ 答案是：
为了使用多线程 ！
我们知道，Thread类从定义上看就是个普通的java类，是什么魔法让它从一个普通的java类晋升为一个可以代表线程的类呢？是native方法！
如果我们直接调用target对象的run方法，或者Thread类的run方法，那就是一个普通调用，因为run方法就是普普通通的类方法，与我们平时调用的其他类方法没有什么不同，这并不会产生多线程。
但是，如果我们调用了start方法，由于它内部使用了native方法来启动线程，它将导致一个新的线程被创建出来, 而我们的Thread实例, 就代表了这个新创建出来的线程, 并且由这个新创建出来的线程来执行Thread实例的run方法。
实战
说了这么多理论的东西，下面让我们通过一个实战来加深理解。java官方文档给我们提供了两种创建线程的方法.
方法1：继承Thread类，覆写run方法
首先我们自定义一个继承自Thread的类，并覆写run方法:
public class CustomizedThread extends Thread {
public void run() {
System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName() + "线程]: " + "我是定义在CustomizedThread类中的run方法。");
}
}然后我们创建类的实例，并调用start方法启动这个线程:
public class CustomizedThreadTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName() + "线程]: " + "我在main方法里");
CustomizedThread myThread = new CustomizedThread();
myThread.start();
}
}执行结果:
[main线程]: 我在main方法里 [Thread-0线程]: 我是定义在CustomizedThread类中的run方法。
可见，这里有两个线程，一个是main线程，它执行了main方法，一个是Thread-0线程，它是我们自定义的线程，它执行了run方法。
如果我们不通过start方法来运行线程会有什么不同呢:
public class CustomizedThreadTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName() + "线程]: " + "我在main方法里");
CustomizedThread myThread = new CustomizedThread();
//myThread.start();
myThread.run();
}
}这里我们直接调用自定义线程的run方法，看看结果有什么不同:
[main线程]: 我在main方法里 [main线程]: 我是定义在CustomizedThread类中的run方法。
可见，这次只有一个main线程，由main线程执行了我们自定义线程类的run方法，并没有新的线程产生。 其实这个时候，CustomizedThread的run方法就是一个普普通通的类的普普通通的方法，与我们平时定义的方法并没有什么特别之处。
有的同学要问了，上面不是说创建一个线程最重要的是传入一个Runnable对象吗？ 我没有看到Runnable对象啊？ 别急，我们来分析一下：
首先，我们的CustomizedThread继承自Thread类，则我们会调用父类的无参构造函数:
public Thread() {
init(null, null, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}这个构造函数中，target对象为null;
然后，我们使用了myThread.start()，因为我们在子类中没有定义start方法，所以，这个方法来自父类，而Thread类的start方法的作用我们已经讲过，它将新建一个线程，并调用它的run方法，这个新建的线程的抽象代表就是我们的CustomizedThread，所以它的(CustomizedThread的)run方法将会被调用。
那么，如果我们的子类没有覆写run方法呢？，那自然是继承Thread类自己的run方法了:
@Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}而Thread类的run方法调用的又是target对象的run方法，而target对象现在为null, 所以这个方法啥也不做。
所以到这里我们就很清晰了，创建一个线程最重要的是定义一个run方法，这个run方法要么通过继承Thread类的子类覆写，要么通过直接构造Thread类时传入一个Runnable的target对象。无论它由子类覆写提供还是由target对象提供，start方法最终都会新建一个线程来执行这个run方法。
方法2：通过Runnable接口创建线程类
我们先来看官方的例子:
class PrimeRun implements Runnable {
long minPrime;
PrimeRun(long minPrime) {
this.minPrime = minPrime;
}
public void run() {
// compute primes larger than minPrime
. . .
}
}
//The following code would then create a thread and start it running:
PrimeRun p = new PrimeRun(143);
new Thread(p).start();这个例子中首先定义了一个PrimeRun类实现了Runnable接口，接着实例化出一个对象p，并将这个对象作为参数传递给Thread类的构造方法。
这种方法看上去好像复杂了好多，但其实就是通过新建Thread类的对象来创建线程。它本质上就是传递一个Runnable对象给Thread的构造函数，所以我们完全可以用匿名类，又因为Runnable是一个函数接口，所以上面的代码完全可以被简写，我们来看一个例子：
public class CustomizedThreadTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName() + "线程]: " + "我在main方法里");
Thread myThread = new Thread(() -> System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName() + "线程]: " + "我是传递给Thread类的Runnable对象的run方法"));
myThread.start();
}
}代码输出:
[main线程]: 我在main方法里 [Thread-0线程]: 我是传递给Thread类的Runnable对象的run方法
这里，myThread是我们new出来的Thread类的实例，我们调用了Thread类的构造函数:
public Thread(Runnable target) {
init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}传入了一个Runnable对象，这个Runnable对象由lambda表达式表示。我们最后调用了 myThread.start()来启动这个线程，通过上一节的分析我们知道，start方法会调用run方法，而thread类的run方法最终会调用target对象的run方法，而target对象的run方法就是我们传进来的lambda表达式。上面这个例子其实等效于下面这种写法：
public class CustomizedThreadTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName() + "线程]: " + "我在main方法里");
Thread myThread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName() + "线程]: " + "我是传递给Thread类的Runnable对象的run方法");
}
});
myThread.start();
}
}可见函数式接口和lambda表达式使我们的书写变得简洁多了。
总结
在java中，创建一个线程，有且仅有一种方式:
创建一个Thread类实例，并调用它的start方法。创建一个Thread类的实例最重要的是定义一个run方法，这个run方法说明了这个线程具体要做什么事情。有两种方式定义一个run方法:
- 继承Thread类，覆写run方法
- 实现Runnale接口，将它作为target参数传递给Thread类构造函数
启动一个线程一定要调用该线程的start方法，否则，并不会创建出新的线程来。
(完)
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