Java创建线程的细节分析

前言

    关于线程创建的问题，可以说是老生常谈了。在刚开始学习Thread的时候基本上都会接触到，用简单的一两句话就可以概括起来。一个是创建类实现Runnable接口，然后将该类的实例作为参数传入到Thread构造函数中。再调用Thread对象的start方法。还有一种是继承Thread类，覆写run方法。然后在该对象实例中调用start方法。那么，这两种方式在什么情况下适用呢？还有，既然我们要实现的类都要写run这个方法，为什么在构造的实例里要调用start方法呢？这多麻烦啊，还要绕一个弯，我直接调用run方法不行吗？这样岂不是更省事呢？对于这些问题，我会在本文中进行详细的分析和讨论。

 

典型的线程创建过程

    这个过程可以说很简单，主要的两种方式如下：

一、 实现Runnable接口

主要三个步骤：

1. 在类中间实现Runnable接口

2. 创建该对象实例

3. 再新建一个Thread对象，将该对象作为参数传入构造函数

4. 调用Thread对象的start方法。

见代码如下：

public class ThreadCon implements Runnable
{
    public void run()
    {
        System.out.println("Entering the test thread...");
        try
        {
            Thread.sleep(5000);
            System.out.println("Thread executing...");
            Thread.sleep(5000);
        }
        catch(InterruptedException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args)
    {
        ThreadCon con = new ThreadCon();
        Thread thread = new Thread(con);
        thread.start();
        System.out.println("main thread");
    }
}

 二、继承Thread类

主要就是两个步骤：

1. 集成Thread类，实现run方法。

2. 创建该类的实例，并调用start()方法。

public class ThreadCon extends Thread
{
    public void run()
    {
        System.out.println("Entering the test thread...");
        try
        {
            Thread.sleep(5000);
            System.out.println("Thread executing...");
            Thread.sleep(5000);
        }
        catch(InterruptedException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args)
    {
        ThreadCon thread = new ThreadCon();
        thread.start();
        System.out.println("main thread");
    }
}

 看了这两部分代码之后，不禁有几个问题。

1. 这两种创建线程的方式，在Thread类里面是怎么定义的呢？

2. 我们继承类或者实现接口，都要覆写run()这个方法，为什么后面要调用start方法呢？他们之间有什么关系呢？

    我们先来看第一个问题。

线程相关类结构

    如果我们去仔细看Thread类和Runnable接口的实现的话，他们会有这么一个关系：

 Thread类本身就继承了Runnable接口。

Runnable接口本身的定义很简单：

public interface Runnable {
    /**
     * When an object implementing interface <code>Runnable</code> is used
     * to create a thread, starting the thread causes the object's
     * <code>run</code> method to be called in that separately executing
     * thread.
     * <p>
     * The general contract of the method <code>run</code> is that it may
     * take any action whatsoever.
     *
     * @see     java.lang.Thread#run()
     */
    public abstract void run();
}

 Thread类中间定义的run方法实现了Runnable接口的规范：

@Override
    public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();
        }
    }

  上面这段代码里的target是一个Runnable的成员变量，在Thread里面的定义如下：

/* What will be run. */
private Runnable target;

    另外，再看到Thread类中间有一个如下定义的构造函数：

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

     我们就不难理解，我们通过构造一个实现Runnable接口的对象，将它作为参数传入Thread构造函数的原因了。这正好对应了我们第一种创建以及启动线程的过程。

    对于第二种方式来说，当我们将一个类继承Thread的时候，通过覆写run方法，我们已经继承了Thread的定义，所以只要调用start方法就对应了我们第二种创建以及启动线程的过程。

    写到这里的时候，我们会发现，还有一个遗漏了的地方。刚才只是讨论了我们要创建的对象和Runnable, Thread之间的关系。但是start方法到底怎么样，他们到底有什么关系呢？我们接下来很快就明白了。

start方法的秘密

    我们来看看Thread里面start()方法的实现：

/**
     * 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();

   这部分的代码实际上并不长，这里主要的目的是调用了start0()这个方法。而start0这个方法在代码里的定义是一个private native的方法。这意味着什么呢？表示实际上这个start0方法是一个本地实现的方法。这个本地方法采用的不一定是java实现的，也可能是一个其他语言的实现，用来在JVM里面创建一个线程空间，再把run方法里面定义的指令加载到这个空间里。这样才能实现新建立一个线程的效果。所以，这也就是start方法能够创建线程的魔法之所在。

    同时，这里也解释了为什么我们不能直接去调用run方法来期望它生成一个新的线程。如果我们直接调用run方法的话，它实际上就是在我们的同一个线程里面顺序执行的。在前面启动新线程的情况下，我们的代码执行结果会像如下的情况：

main thread
Entering the test thread...
executing...

 如果我们尝试将main函数里面的thread.start()改成thread.run()，我们会发现执行的结果如下：

Entering the test thread...
Thread executing...
main thread

     这种情况下run()方法和main函数其实是在同一个线程空间里执行。如果我们用一些profile工具进行分析的话，也会看到这样的场景。

 两种创建线程方法的比较

    通过继承的方式实现线程的方式用起来比较简单直接。但是从设计的角度来说，这个定义的类就需要和Thread方法有继承的关联关系。如果这个类本身又有其他的继承关系要处理呢？这个时候，这种方式就不是那么合适了。在Java本身的设计思路以及我们在面向对象设计思想的指导里，都不推荐优先考虑继承的关系。一个类可以实现多个接口，但是只能继承一个父类。所以说，采用实现Runnable接口的方式会是更加推荐的做法。

总结

    对于线程的创建方式来说，实现接口的方法相对更加具有灵活性。因为这种方式不会和一个类建立固定的继承关系，可以更好的后续扩展一些。创建线程要调用start方法是因为start方法里面的一个特殊效果，它才能导致run方法的指令在新建的线程里执行。如果我们在建立实现runnable接口或者继承Thread对象的实例里直接调用run方法，这是不会产生新线程的。这也是为什么我们一定要调用start方法的原因。

参考材料

http://openjdk.java.net/

http://stackoverflow.com/questions/13619958/running-thread-by-calling-start-and-run-what-is-the-difference?lq=1

http://stackoverflow.com/questions/541487/implements-runnable-vs-extends-thread