面试官：Java 线程如何启动的？

摘要：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？

面试官：我考你个题，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！

一、线程启动分析

newThread(()->{//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。

二、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

newThread(()->{//todo}).start();//JDK源码publicsynchronizedvoidstart(){if(threadStatus!=0)thrownewIllegalThreadStateException();group.add(this);booleanstarted=false;try{start0();started=true;}finally{try{if(!started){group.threadStartFailed(this);}}catch(Throwableignore){}}}

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。

Causesthis thread to begin execution; the Java Virtual Machine calls the run methodof 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start0privatenativevoidstart0();//注册本地方法publicclassThreadimplementsRunnable{/*MakesureregisterNativesisthefirstthing<clinit>does.*/privatestaticnativevoidregisterNatives();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：

staticJNINativeMethodmethods[]={{"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},};

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

JVM_ENTRY(void,JVM_StartThread(JNIEnv*env,jobjectjthread))JVMWrapper("JVM_StartThread");JavaThread*native_thread=NULL;//创建线程native_thread=newJavaThread(&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

staticvoidthread_entry(JavaThread*thread,TRAPS){HandleMarkhm(THREAD);Handleobj(THREAD,thread->threadObj());JavaValueresult(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：

#defineVM_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=newJavaThread(&thread_entry,sz);

接下来，我们继续看 JavaThread 的源码执行内容。

JavaThread::JavaThread(ThreadFunctionentry_point,size_tstack_sz):Thread()#ifINCLUDE_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("creatingthread%p",this);}initialize();_jni_attach_state=_not_attaching_via_jni;set_entry_point(entry_point);//Createthenativethreaditself.//%noteruntime_23os::ThreadTypethr_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);}

hreadFunctionentry_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

boolos::create_thread(Thread*thread,ThreadTypethr_type,size_tstack_size){assert(thread->osthread()==NULL,"callerresponsible");//AllocatetheOSThreadobjectOSThread*osthread=newOSThread(NULL,NULL);//InitialstateisALLOCATEDbutnotINITIALIZEDosthread->set_state(ALLOCATED);pthread_ttid;intret=pthread_create(&tid,&attr,(void*(*)(void*))java_start,thread);returntrue;}

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

newThread(()->{//todo}).start();//JDK源码publicsynchronizedvoidstart(){if(threadStatus!=0)thrownewIllegalThreadStateException();group.add(this);booleanstarted=false;try{start0();started=true;}finally{try{if(!started){group.threadStartFailed(this);}}catch(Throwableignore){}}}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,jobjectjthread))JVMWrapper("JVM_StartThread");JavaThread*native_thread=NULL;//创建线程native_thread=newJavaThread(&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

newThread(()->{//todo}).start();//JDK源码publicsynchronizedvoidstart(){if(threadStatus!=0)thrownewIllegalThreadStateException();group.add(this);booleanstarted=false;try{start0();started=true;}finally{try{if(!started){group.threadStartFailed(this);}}catch(Throwableignore){}}}2

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)

newThread(()->{//todo}).start();//JDK源码publicsynchronizedvoidstart(){if(threadStatus!=0)thrownewIllegalThreadStateException();group.add(this);booleanstarted=false;try{start0();started=true;}finally{try{if(!started){group.threadStartFailed(this);}}catch(Throwableignore){}}}3

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)

newThread(()->{//todo}).start();//JDK源码publicsynchronizedvoidstart(){if(threadStatus!=0)thrownewIllegalThreadStateException();group.add(this);booleanstarted=false;try{start0();started=true;}finally{try{if(!started){group.threadStartFailed(this);}}catch(Throwableignore){}}}4

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()]

newThread(()->{//todo}).start();//JDK源码publicsynchronizedvoidstart(){if(threadStatus!=0)thrownewIllegalThreadStateException();group.add(this);booleanstarted=false;try{start0();started=true;}finally{try{if(!started){group.threadStartFailed(this);}}catch(Throwableignore){}}}5

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

newThread(()->{//todo}).start();//JDK源码publicsynchronizedvoidstart(){if(threadStatus!=0)thrownewIllegalThreadStateException();group.add(this);booleanstarted=false;try{start0();started=true;}finally{try{if(!started){group.threadStartFailed(this);}}catch(Throwableignore){}}}6

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！

三、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。

本文分享自华为云社区，作者：小傅哥。