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线程的启动流程剖析及使用的设计模式

jiezi

我们都知道，Java 中构造线程的方式有两种，第一种是继承 Thread 类，然后覆写 run 方法；第二种是实现 Runnable 接口，然后实现 run 方法。但是最终启动的时候都是通过 Thread 对象的 start 方法启动的。那么既然逻辑写在了 run 方法中，启动的时候为什么调用 start 方法呢？

1.JDK Thread 类的 start 方法源码解析 

public synchronized void start() {if (threadStatus != 0)
        throw new IllegalThreadStateException();
    group.add(this);
    boolean started = false;
    try {start0();
        started = true;
    } finally {
        try {if (!started) {group.threadStartFailed(this);
            }
        } catch (Throwable ignore) {}}
}

通过查看源码可以看到，在 start 方法中调用了 start0 这个方法，这个方法的实现如下：

private native void start0();

该方法是 native 方法，表示由 JDK 通过 JNI 来调用的。但是 run 方法何时调用的呢？
通过查看官方文档，可以看到说明，start0 的底层实现中是调用了 run 方法的，只不过是通过 C ++ 实现的，感兴趣的可以翻一下对应的代码。

通过上述 start 方法的源码，可以总结出以下几个点：

  • (1) 当线程被构造完成之后，有个状态变量会记录线程的状态，就是上述的 threadStatus，初始值在类中声明的为 0；
  • (2) 调用 start 方法启动线程之后，threadStatus 的值会被改变。如果再次重复调用 start 方法启动同一个线程时，会抛出 IllegalThreadStateException 异常；
  • (3) thread 线程启动之后，会被加入到一个线程组 ThreadGroup 中；
  • (4) 线程如果启动失败了，线程组会对线程做失败处理，将其从线程组中移除；
  • (5) 如果一个线程生命周期结束了，再次调用 start 方法试图启动线程的时候，会提示 IllegalThreadStateException 异常，也就是处于 TERMINATED 状态的线程没办法重新回到 RUNNABLE 或者 RUNNING 状态；

示例验证 1：验证线程是否可以启动多次 

Thread thread = new Thread(){
    @Override
    public void run() {
        try {TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(5);
        } catch (Exception e) {e.printStackTrace();
        }
    }
};
thread.start();
thread.start();

运行上述代码，会出现以下异常信息：

Exception in thread "main" java.lang.IllegalThreadStateException
at java.lang.Thread.start(Thread.java:705)
at com.wb.spring.test.TestThread.main(TestThread.java:40)

示例验证 2：线程生命周期结束，再次调用 start 方法启动 

Thread thread = new Thread(){
    @Override
    public void run() {
        try {TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1);
            System.out.println("线程运行完毕！");
        } catch (Exception e) {e.printStackTrace();
        }
    }
};
// 第一次启动
thread.start();
try {TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(3);
} catch (Exception e) {e.printStackTrace();
}
// 第二次启动
thread.start();

运行以上示例代码，将会得到如下的结果：

 线程运行完毕！Exception in thread "main" java.lang.IllegalThreadStateException
at java.lang.Thread.start(Thread.java:705)
at com.wb.spring.test.TestThread.main(TestThread.java:48)

从结果中可以看出，线程运行完成之后，生命周期就结束了，不能再次启动。

从上述示例中可以看到，都跑出了 IllegalThreadStateException 异常，但是两次出现该异常的情况却不一样。第一种线程还活着，生命周期未结束，只是不允许多次重复启动；而第二次是因为线程的生命周期已经结束，试图启动已经结束的线程，就会抛出该异常。

2.Thread 类中的设计模式 - 模板设计模式

简介：模板设计模式指的是在继承结构中，父类中来确定算法结构，而具体的算法实现细节交给子类来完成。比如 Thread 类中 run 方法的源码如下，如果使用了 Thread 类的方式构造线程，其实 run 方法相当于一个空的实现，但是调用 start 方法的时候，却能够正确执行子类 run 方法的实现细节。

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

这种设计模式有利于父类确定程序的结构。
模板设计模式示例：

public class TemplateTest {public final void say(String msg) {System.out.println("000000");
        sayHello(msg);
        System.out.println("000000");
    }

    protected void sayHello(String msg) { }

    public static void main(String[] args) {TemplateTest test1 = new TemplateTest() {
            @Override
            protected void sayHello(String msg) {System.out.println("***" + msg + "***");
            }
        };
        test1.say("wb");
        TemplateTest test2 = new TemplateTest() {
            @Override
            protected void sayHello(String msg) {System.out.println("&&&" + msg + "&&&");
            }
        };
        test2.say("bw");
    }
}

输入结果如下：

000000
***wb***
000000
000000
&&&bw&&&
000000

可以看到，需要输入什么符号，可以自由地由子类来控制！这就是模板设计模式带来的好处！

以上就是 Thread 类启动线程的过程及使用的设计模式详解。欢迎评论转发。
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