3.7 Java线程创建过程

如图3-18所示，在Java层面，其实线程只能算是一个任务，这个任务需要单独启动一个线程去执行。JVM接收到线程任务以后会向操作系统请求创建一个内核线程，操作系统接收到请求以后会在内核中创建一个线程返回给JVM，内核线程需要执行Thread类的run方法。

JVM接收到线程创建成功消息之后会等待操作系统调度、激活线程执行任务。线程创建的详细流程如图3-19所示。

通常，Java中的线程任务首先要实现Runnable接口。并通过Runnable的实例来构造Thread对象，并调用Thread的start方法来启动线程。Thread的start方法最终会调用本地方法start0来启动线程。start0方法的对应JNI函数是JVM_StartThread。

收到线程创建请求后，JVM_StartThread函数会创建一个JavaThread对象。JavaThread构造函数会调用os::create_thread函数来创建系统内核线程。os::create_thread函数在不同的操作系统上有不同的实现，在UNIX、Linux、Mac OS操作系统上都是用pthread_create函数来创建线程。

创建线程后需要有线程的执行函数：thread_native_entry。thread_native_entry会调用Thread::call_run函数，最终会调用Thread::run方法，即Runnable接口中的run方法。

3.7.1 线程创建

接下来用Java线程的例子为起点，一层层深入分析线程创建的核心链路。BasicTask是一个简单的线程示例，如代码清单3-15所示。BasicTask实现了Runnable接口，它的run方法实现了简单的两个整数相加计算，并在main函数里启动了线程来执行run方法。

Thread类的构造函数的核心是调用了init方法，如代码清单3-16所示。init方法主要是设置了线程名称、线程的父线程、线程组、线程栈大小等信息。

nextThreadID方法是用来生成一个线程ID，线程的ID是全局自增的long值，每次调用都会创建一个线程ID。

通常在创建Thread对象后，需要调用start方法来正式启动一个线程，如代码清单3-17所示。start方法会判断当前线程是否已经启动过了，如果是重复启动则会直接抛出异常。

如果线程以前没有启动过，会调用start0方法来启动线程，如代码清单3-18所示。

JVM的Thread.c里存储了Thread类的所有本地方法对应的JNI处理函数，如代码清单3-19所示。start0方法对应的JNI函数是JVM_StartThread，stop0方法对应的JNI函数是JVM_StopThread，isAlive方法对应的JNI函数是JVM_IsThreadAlive。

JVM_StartThread函数负责线程的创建与启动，首先会设置线程栈的大小，然后构建一个JavaThread对象。代码清单3-20是JVM_StartThread函数的源代码。

JVM_StartThread核心流程如下：首先获取MutexLocker全局互斥锁，以确保同一时刻只能创建一个线程，确保线程创建的安全性。接着判断当前线程是否已经启动，如果已经启动了就报错，一个线程不能重复创建。接着设置线程栈的大小，一般都是采用JDK默认的-Xss参数来设置的。然后创建一个JavaThread对象，JavaThread对象的构造函数会创建系统内核线程。如果线程创建失败就进行系统报错。如果创建成功了，则调用Thread类的start函数来启动一个线程。

JavaThread构造函数的主要功能是调用os::create_thread来完成内核线程的创建，如代码清单3-21所示。

os::create_thread在Linux操作系统上是通过pthread_create来创建的，如代码清单3-22所示。os::create_thread函数首先会创建一个OSThread（系统线程）对象，并设置好线程类型、状态、线程栈大小等信息，最后把JavaThread对象与OSThread进行关联。设置pthread_create需要的线程属性pthread_attr_t，主要是设置初始状态、线程栈大小等信息。调用pthread_create函数在操作系统创建核心线程，如果失败，最多重试创建3次。如果最终创建失败就直接抛出错误。如果创建成功，则把线程ID赋值给OSThread。然后等待线程的对象变为ALLOCATED初始化的状态，说明线程初始化结束。

3.7.2 线程执行

通过代码清单3-22可以发现，在创建内核线程的时候传入的函数是thread_native_entry。在内核线程创建完成后，系统会自动调用thread_native_entry函数来执行线程任务。代码清单3-23是JVM线程执行入口函数thread_native_entry的具体实现。

thread_native_entry函数的执行流程如下：首先设置线程的栈地址信息、初始化线程的当前状态、线程的通信掩码与线程的浮点寄存器信息，接着设置线程的状态为INITIALIZED的状态，最后调用Thread的call_run函数来执行线程任务。

call_run函数功能非常简单，设置好线程栈结束的地址，调用pre_run方法来实现线程执行前的预处理，然后调用run方法来执行任务，最后调用post_run来做线程执行完成的善后处理工作。这个就相当于我们熟悉的动态代理功能，在线程执行前、后各增加一个处理器。pre_run函数是空实现，没有任何意义。post_run函数主要用来释放线程相关的资源信息。代码清单3-24是call_run函数的具体实现。

JavaThread的run函数主要负责线程任务的执行，具体实现如代码清单3-25所示。首先初始化全局的线程变量，然后创建线程的保护页，设置线程的状态为_thread_in_vm，接着刷新缓存，最后调用thread_main_inner函数执行任务。

3.3节提到，在子线程启动前，父线程对数据的修改要对子线程可见。这个功能就是通过调用OrderAccess的cross_modify_fence方法来实现的。cross_modify_fence函数会刷新CPU本地缓存，并通知其他CPU数据已经更改，从而线程能够读取到父线程修改的数据。

thread_main_inner函数主要申请线程栈资源，调用entry_point函数来执行具体的任务，实现如代码清单3-26所示。entry_point是个ThreadFunction线程函数对象，是Java里Thread类的run方法编译后的函数。