深入理解Thread构造函数

2019-08-08 00:00:00 函数理解构造

上一篇快速认识线程

本文参考汪文君著：Java高并发编程详解。

1、线程的命名

在构造现成的时候可以为线程起一个名字。但是我们如果不给线程起名字，那线程会有一个怎样的命名呢？

这里我们看一下Thread的源代码：

 public Thread(ThreadGroup group, Runnable target) {
        init(group, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
    }

    /**
     * Allocates a new {@code Thread} object. This constructor has the same
     * effect as {@linkplain #Thread(ThreadGroup,Runnable,String) Thread}
     * {@code (null, null, name)}.
     *
     * @param   name
     *          the name of the new thread
     */
    public Thread(String name) {
        init(null, null, name, 0);
    }

    /**
     * Allocates a new {@code Thread} object. This constructor has the same
     * effect as {@linkplain #Thread(ThreadGroup,Runnable,String) Thread}
     * {@code (group, null, name)}.
     *
     * @param  group
     *         the thread group. If {@code null} and there is a security
     *         manager, the group is determined by {@linkplain
     *         SecurityManager#getThreadGroup SecurityManager.getThreadGroup()}.
     *         If there is not a security manager or {@code
     *         SecurityManager.getThreadGroup()} returns {@code null}, the group
     *         is set to the current thread's thread group.
     *
     * @param  name
     *         the name of the new thread
     *
     * @throws  SecurityException
     *          if the current thread cannot create a thread in the specified
     *          thread group
     */
    public Thread(ThreadGroup group, String name) {
        init(group, null, name, 0);
    }

如果没有为线程起名字，那么线程将会以“Thread-”作为前缀与一个自增数字进行组合，这个自增数字在整个JVM进程中将会不断自增：

如果我们执行以下代码：

import java.util.stream.IntStream;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        IntStream.range(0,5).boxed()
        .map(
                i->new Thread(
                        ()->System.out.println(
                                Thread.currentThread().getName()
                                )
                        )
                ).forEach(Thread::start);
    }
}

这里使用无参的构造函数创建了5个线程，并且分别输出了各自的名字：

《深入理解Thread构造函数》

其实Thread同样提供了这样的构造函数。如下

Thread(Runnable target,String name);
Thread(String name);
Thread(ThreadGroup group,Runnable target,String name);
Thread(ThreadGroup group,Runnable target,String name,long stackSize);
Thread(ThreadGroup group,String name);

下面是实现代码：

import java.util.stream.IntStream;


public class Test2 {
    private final static String PREFIX="ALEX-";
    public static void main(String[] args) {
        IntStream.range(0,5).mapToObj(Test2::createTHREAD).forEach(Thread::start);
    }
    private static Thread createTHREAD(final int intName) {
        return new Thread(()->System.out.println(Thread.currentThread().getName()),PREFIX+intName);
    }
}

运行效果：

《深入理解Thread构造函数》

需要注意的是，不论你使用的是默认的命名还是特殊的名字，在线程启动之后还有一个机会可以对其进行修改，一旦线程启动，名字将不再被修改，下面是setName源码：

public final synchronized void setName(String name) {
        checkAccess();
        if (name == null) {
            throw new NullPointerException("name cannot be null");
        }

        this.name = name;
        if (threadStatus != 0) {
            setNativeName(name);
        }
    }

2、线程的父子关系

Thread的所有构造函数，最终都会调用一个init，我们截取代码片段对其分析，不难发现新创建的任何一个线程都会有一个父线程：

 private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
                      long stackSize, AccessControlContext acc,
                      boolean inheritThreadLocals) {
        if (name == null) {
            throw new NullPointerException("name cannot be null");
        }

        this.name = name;

        Thread parent = currentThread();//在这里获取当前线程作为父线程
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (g == null) {
            /* Determine if it's an applet or not */

            /* If there is a security manager, ask the security manager
               what to do. */
            if (security != null) {
                g = security.getThreadGroup();
            }

            /* If the security doesn't have a strong opinion of the matter
               use the parent thread group. */
            if (g == null) {
                g = parent.getThreadGroup();
            }
        }

        /* checkAccess regardless of whether or not threadgroup is
           explicitly passed in. */
        g.checkAccess();

        /*
         * Do we have the required permissions?
         */
        if (security != null) {
            if (isCCLOverridden(getClass())) {
                security.checkPermission(SUBCLASS_IMPLEMENTATION_PERMISSION);
            }
        }

        g.addUnstarted();

        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;

        /* Set thread ID */
        tid = nextThreadID();
    }

上面的代码中的currentThread()是获取当前线程，在线程的生命周期中，线程的最初状态为NEW，没有执行start方法之前，他只能算是一个Thread的实例，并不意味着一个新的线程被创建，因此currentThread()代表的将会是创建它的那个线程，因此我们可以得出以下结论：

一个线程的创建肯定是由另一个线程完成的
被创建线程的父线程是创建它的线程

我们都知道main函数所在的线程是由JVM创建的，也就是main线程，那就意味着我们前面创建的所有线程，其父线程都是main线程。

3、Thread与ThreadGroup

在Thread的构造函数中，可以显式地指定线程的Group，也就是ThreadGroup。

在Thread的源码中，我们截取片段。

 SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (g == null) {
            /* Determine if it's an applet or not */

            /* If there is a security manager, ask the security manager
               what to do. */
            if (security != null) {
                g = security.getThreadGroup();
            }

            /* If the security doesn't have a strong opinion of the matter
               use the parent thread group. */
            if (g == null) {
                g = parent.getThreadGroup();
            }
        }

通过对源码的分析，我们不难看出，如果没指定一个线程组，那么子线程将会被加入到父线程所在的线程组，下面写一个简单的代码来测试一下：

package concurrent.chapter02;

public class ThreadConstruction {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread("t1");
        ThreadGroup group = new ThreadGroup("TestGroup");
        Thread t2 = new Thread(group,"t2");
        ThreadGroup mainThreadGroup = Thread.currentThread().getThreadGroup();
        System.out.println("Main thread belong group:"+mainThreadGroup.getName());
        System.out.println("t1 and main belong the same group:"+(mainThreadGroup==t1.getThreadGroup()));
        System.out.println("t2 thread group not belong main group:"+(mainThreadGroup==t2.getThreadGroup()));
        System.out.println("t2 thread group belong main TestGroup:"+(group==t2.getThreadGroup()));
    }
}

运行结果如下所示：

《深入理解Thread构造函数》

通过上面的例子，我们不难分析出以下结论:

main 线程所在的ThreadGroup称为main

构造一个线程的时候如果没有显示地指定ThreadGroup，那么它将会和父线程拥有同样的优先级，同样的daemon。

在这里补充一下Thread和Runnable的关系。

Thread负责线程本身的职责和控制，而runnable负责逻辑执行单元的部分。

4、Thread与JVM虚拟机栈

stacksize

在Thread的构造函数中，可发现有一个特殊的参数，stackSize，这个参数的作用是什么呢？

一般情况下，创建线程的时候不会手动指定栈内存的地址空间字节数组，统一通过xss参数进行设置即可，一般来说stacksize越大，代表正在线程内方法调用递归的深度就越深，stacksize越小代表着创建的线程数量越多，当然这个参数对平台的依赖性比较高，比如不同的操作系统，不同的硬件。

在有些平台下，越高的stack设定，可以允许的递归深度就越多；反之，越少的stack设定，递归深度越浅。

JVM内存结构

虽然stacksize在构造时无需手动指定，但是我们会发现线程和栈内存的关系非常密切，想要了解他们之间到底有什么必然联系，就需要了解JVM的内存分布机制。

JVM在执行Java程序的时候会把对应的物理内存划分成不同的内存区域，每一个区域都存放着不同的数据，也有不同的创建与销毁时机，有些分区会在JVM启动的时候就创建，有些则是在运行时才会创建，比如虚拟机栈，根据虚拟机规范，JVM内存结构如图所示。

《深入理解Thread构造函数》

1、程序计数器

无论任何语言，其实最终都说需要由操作系统通过控制总线向CPU发送机器指令，Java也不例外，程序计数器在JVM中所起的作用就是用于存放当前线程接下来将要执行的字节码指令、分支、循环、跳转、异常处理等信息。在任何时候，一个处理器只执行其中一个线程的指令，为了能够在CPU时间片轮转切换上下文之后顺利回到正确的执行位置，每条线程都需要具有一个独立的程序计数器，各个线程互不影响，因此JVM将此块内存区域设计成了线程私有的。

2、Java虚拟机栈

这里需要重点介绍内存，因为与线程紧密关联，与程序计数器内存相类似，Java虚拟机栈也是线程私有的，他的生命周期与线程相同，是在JVM运行时所创建的，在线程中，方法在执行的时候都会创建一个名为stack frame的数据结构，主要用于存放局部变量表、操作栈、动态链接，方法出口等信息。

每一个线程在创建的时候，JVM都会认为其创建对应的虚拟机栈，虚拟机栈的大小可以通过-xss来配置，方法的调用是栈帧被压入和弹出的过程，同等的虚拟机栈如果局部变量表等占用内存越小，则可被压入的栈帧就会越多，反之则可被压入的栈帧就会越少，一般将栈帧内存的大小成为宽度，而栈帧的数量称为虚拟机栈的深度。

3、本地方法栈

Java中提供了调用本地方法的接口(java Native Interface)，也就是可执行程序，在线程的执行过程中，经常会碰到调用JNI方法，JVM为本地方法所划分的内存区域便是本地方法栈，这块内存区域其自由度非常高，完全靠不同的JVM厂商来实现，Java虚拟机规范并未给出强制的规定，同样他也是线程私有的内存区域。

4、堆内存

堆内存是JVM中最大的一块内存区域，被所有线程所共享，Java在运行期间创造的所有对象几乎都放在该内存区域，该内存区域也是垃圾回收器重点照顾的区域，因此有时候堆内存被称为“GC堆”。堆内存一般会被细分为新生代和老年代，更细致的划分为Eden区，FromSurvivor区和To Survivor区。

5、方法区

方法区也是被多个线程所共享的内存区域，它主要用于存储已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据，虽然在Java虚拟机规范中，将堆内存划分为对内存的一个逻辑分区，但是它还是经常被称作“非堆”，有时候也被称为“持久代”，主要是站在垃圾回收器的角度进行划分，但是这种叫法比较欠妥，在HotSpot JVM中，方法区还会被细划分为持久代和代码缓存区，代码缓存区主要用于存储编译后的本地代码(和硬件相关)以及JIT 编译器生成的代码，当然不同的JVM会有不同的实现。

6、Java 8 元空间

上述内容大致的介绍了JVM的内存划分，在JDK1.8版本以前的内存大致都是这样划分的，但是从JDK1.8来，JVM的内存区域发生了一些改变，实际上是持久代内存被彻底删除，取而代之的是元空间。

综上，虚拟机栈内存是线程私有的，也就是说每一个线程都会占有指定的内存大小，我们粗略的认为一个Java进程的内存大小为：堆内存+线程数量*栈内存。

不管是32位操作系统还是64位操作系统，一个进程最大内存是有限制的。简单来说线程的数量和虚拟机栈的大小成反比。

5、守护线程

守护线程是一类比较特殊的线程，一般用于处理一些后台的工作，比如JDK的垃圾回收线程。

JVM在什么情况下会退出。

在正常情况下，JVM中若没有一个非守护线程，则JVM的进程会退出。

这和操作系统的线程概念如出一辙。

什么是守护线程？我们看下下面的代码：

public class DaemonThread {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(()-> {
            while(true) {
                try {
                    Thread.sleep(1);
                }catch(Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        thread.start();
        Thread.sleep(2_000L);
        System.out.println("Main thread finished lifestyle");
    }
}

执行这段代码之后，我们会发现，JVM永远不会结束。

package concurrent.chapter02;

public class DaemonThread {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(()-> {
            while(true) {
                try {
                    Thread.sleep(1);
                }catch(Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        thread.setDaemon(true);
        thread.start();
        Thread.sleep(2_000L);
        System.out.println("Main thread finished lifestyle");
    }
}

我们加了个thread.setDaemon(true)之后，程序就在main结束后正常推出了。

注意：

设置守护线程的方法很简单，调用setDaemon方法即可，true代表守护线程，false代表正常线程。

线程是否为守护线程和他的父线程有很大的关系，如果父线程是正常的线程，则子线程也是正常线程，反之亦然，如果你想要修改他的特性则可借助setDaemon方法。isDaemon方法可以判断该线程是不是守护线程。

另外要注意的是，setDaemon方法旨在线程启动之前才能生效，如果一个线程已经死亡，那么再设置setDaemon就会抛出IllegalThreadStateException异常。

守护线程的作用：

在了解了什么是守护线程以及如何创建守护线程之后，我们来讨论一下为什么要有守护线程，以及何时使用守护线程。

通过上面的分析，如果一个JVM进程中没有一个非守护线程，那么JVM就会退出，就是说守护线程具备自动结束生命周期的特性，而非守护线程则不具备这个特点，试想一下弱国JVM进程的垃圾回收线程是非守护线程，如果main线程完成了工作，则JVM无法退出，因为垃圾回收线程还在正常的工作。再比如有一个简单的游戏程序，其中有一个线程正在与服务器不断地交互以获得玩家最新的金币，武器信息，若希望在退出游戏客户端的时候，这些数据的同步工作也能够立即结束等等。

守护线程经常用作与执行一些后台任务，因此有时称他为后台线程，当你希望关闭某些线程的时候，这些数据同步的工作也能够立即结束，等等。

守护线程经常用作执行一些后台任务，因此有时它也被称为后台线程，当你希望关闭这些线程的时候，或者退出JVM进程的时候，一些线程能够自动关闭，此时就可以考虑用守护线程为你完成这样的工作。

总结：

学习了Thread的构造函数，能够理解线程与JVM内存模型的关系，还明白了什么是守护线程。

相关文章