本文分享自华为云社区《【高并发】Thread类的源码精髓》，作者：冰 河。
前言
最近和一个朋友聊天，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 创建线程，那你看过 Thread 类的源码吗？我这个朋友自然是没看过 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。
@FunctionalInterfacepublic interface Runnable { public abstract void run();}
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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 {}
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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 {
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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();}
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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ThreadLocalThreadLocal.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idprivate long tid;//用于生成线程idprivate 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;
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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;}
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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);}
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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);}
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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();}
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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。
@Overridepublic void run() { if (target != null) { target.run(); }}
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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();
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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);}
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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);}
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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();
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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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