线程之生命周期

2019-03-26 本文已影响3人安仔夏天勤奋

线程之生命周期

在开发过程中我们用到线程的地方也不少，线程在android源码中也随处。重新整理线程知识，加深对线程的理解。在线程的生命周期中，它要经过新建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）和死亡（Dead）五种状态。当线程start后，它不能一直"独占"着CPU独自运行，所以CPU需要在多条线程之间切换，于是线程状态也会多次在运行、阻塞之间切换。按自己的理解整理出一张线程生命周期图，参照生命周期图更直观的了解线程。下面着重分析这五种状态：

新建 New
就绪 Runnable
运行 Running
阻塞 Blocked
死亡 Dead

新建（new）

public class XThread extends Thread{
    @Override
        public void run() {
            
        }
}
//新建就是new出对象
XThread thread = new XThread();

当程序使用new关键字创建了一个线程之后，该线程就处于一个新建状态（初始状态），此时它和其他Java对象一样，仅仅由Java虚拟机为其分配了内存，并初始化了其成员变量值。此时的线程对象没有表现出任何线程的动态特征，程序也不会执行线程的线程执行体。

就绪 Runnable

当线程对象调用了Thread.start()方法之后，该线程处于就绪状态，Java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器，处于这个状态的线程并没有开始运行，它只是表示该线程可以运行了。从start()源码中看出，start后添加到了线程列表中，接着在native层添加到VM中，至于该线程何时开始运行，取决于JVM里线程调度器的调度(如果OS调度选中了，就会进入到运行状态)。回看一下下面start方法源码：

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".
         */
        // Android-changed: throw if 'started' is true
        if (threadStatus != 0 || started)
            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. */
         //通知组此线程即将启动，以便将其添加到组的线程列表中，并且可以减少组的未启动计数。
        group.add(this);
        started = false;
        try {
            nativeCreate(this, stackSize, daemon);
            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 */
            }
        }
    }

C/C++中的nativeCreate的源码

static void Thread_nativeCreate(JNIEnv* env, jclass, jobject java_thread, 
                                  jlong stack_size, jboolean daemon) {
  Thread::CreateNativeThread(env, java_thread, stack_size, daemon == JNI_TRUE);
}

C/C++中的CreateNativeThread

void Thread::CreateNativeThread(JNIEnv* env, jobject java_peer, size_t stack_size, bool is_daemon) {
  Thread* self = static_cast<JNIEnvExt*>(env)->self;
  Runtime* runtime = Runtime::Current();

  ...
  Thread* child_thread = new Thread(is_daemon);
  child_thread->tlsPtr_.jpeer = env->NewGlobalRef(java_peer);
  stack_size = FixStackSize(stack_size);

  env->SetLongField(java_peer, WellKnownClasses::java_lang_Thread_nativePeer,
                    reinterpret_cast<jlong>(child_thread));

  std::unique_ptr<JNIEnvExt> child_jni_env_ext(
      JNIEnvExt::Create(child_thread, Runtime::Current()->GetJavaVM()));

  int pthread_create_result = 0;
  if (child_jni_env_ext.get() != nullptr) {
    pthread_t new_pthread;
    pthread_attr_t attr;
    child_thread->tlsPtr_.tmp_jni_env = child_jni_env_ext.get();
    //创建线程
    pthread_create_result = pthread_create(&new_pthread,
                         &attr, Thread::CreateCallback, child_thread);

    if (pthread_create_result == 0) {
      child_jni_env_ext.release();
      return;
    }
  }
  
  ...
}

C/C++中的pthread_create，pthread_create的分析暂时不分析，涉及到Linux知识代深入了解再分析，先说说pthread_create的参数吧

原型：int pthread_create（（pthread_t thread, pthread_attr_t *attr, void *（start_routine）（void *）, void *arg）
头文件：#include
输入参数：thread：线程标识符； attr：线程属性设置； start_routine：线程函数的起始地址； arg：传递给start_routine的参数；
返回值：成功则返回0；出错则返回-1。
功能：创建线程，并调用线程起始地址所指向的函数start_routine。

运行 Running

如果处于就绪状态的线程获得了CPU资源，就开始执行run方法的线程执行体，则该线程处于运行状态。run方法的那里呢？其实run也是在native线程中。源码如下

C/C++中的Thread.run

status_t Thread::run(const char* name, int32_t priority, size_t stack)
{
    Mutex::Autolock _l(mLock);
    //保证只会启动一次
    if (mRunning) {
        return INVALID_OPERATION;
    }
    ...
    mRunning = true;

    bool res;
    
    if (mCanCallJava) {
        //还能调用Java代码的Native线程
        res = createThreadEtc(_threadLoop,
                this, name, priority, stack, &mThread);
    } else {
        //只能调用C/C++代码的Native线程
        res = androidCreateRawThreadEtc(_threadLoop,
                this, name, priority, stack, &mThread);
    }

    if (res == false) {
        ...//清理
        return UNKNOWN_ERROR;
    }
    return NO_ERROR;
}

mCanCallJava在Thread对象创建时，在构造函数中默认设置mCanCallJava=true.

当mCanCallJava=true,则代表创建的是不仅能调用C/C++代码，还能能调用Java代码的Native线程
当mCanCallJava=false,则代表创建的是只能调用C/C++代码的Native线程。

关于createThreadEtc和androidCreateRawThreadEtc方法都不一一列出来了，感兴趣的自已查检源码了解。

从start方法进入nativeCreate经过层层调用，最终都会进入clone系统调用，这是linux创建线程或进程的通用接口。Native线程中是否可以执行Java代码的区别，在于通过javaThreadShell()方法从而实现在_threadLoop()执行前后增加分别将当前线程增加hook到虚拟机和从虚拟机移除的功能。调用过程，顺序为：

1.Thread.run
2.createThreadEtc
3.androidCreateThreadEtc
4.javaCreateThreadEtc
5.androidCreateRawThreadEtc
6.javaThreadShell
7.javaAttachThread
8._threadLoop
9.javaDetachThread

阻塞 Blocked

阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况大概三种：

1、等待阻塞：运行的线程执行wait()方法，JVM会把该线程放入等待池中。(wait会释放持有的锁)
2、同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池中。
3、其他阻塞：运行的线程执行sleep()或join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。（注意,sleep是不会释放持有的锁）。

线程睡眠：Thread.sleep(long millis)方法，使线程转到阻塞状态。millis参数设定睡眠的时间，以毫秒为单位。当睡眠结束后，就转为就绪（Runnable）状态。sleep()平台移植性好。
线程等待：Object类中的wait()方法，导致当前的线程等待，直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 唤醒方法。这个两个唤醒方法也是Object类中的方法，行为等价于调用 wait(0) 一样。唤醒线程后，就转为就绪（Runnable）状态。
线程让步：Thread.yield() 方法，暂停当前正在执行的线程对象，把执行机会让给相同或者更高优先级的线程。
线程加入：join()方法，等待其他线程终止。在当前线程中调用另一个线程的join()方法，则当前线程转入阻塞状态，直到另一个进程运行结束，当前线程再由阻塞转为就绪状态。
线程I/O：线程执行某些IO操作，因为等待相关的资源而进入了阻塞状态。比如说监听system.in，但是尚且没有收到键盘的输入，则进入阻塞状态。
线程唤醒：Object类中的notify()方法，唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。如果所有线程都在此对象上等待，则会选择唤醒其中一个线程，选择是任意性的，并在对实现做出决定时发生。类似的方法还有一个notifyAll()，唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。

死亡 Dead

线程会以以下三种方式之一结束，结束后就处于死亡状态:

run()方法执行完成，线程正常结束。
线程抛出一个未捕获的Exception或Error。
直接调用该线程的stop()方法来结束该线程——该方法容易导致死锁，通常不推荐使用。

线程之生命周期