java并发笔记之java线程模型

警告⚠️：本文耗时很长，先做好心理准备
java当中的线程和操作系统的线程是什么关系？
猜想： java thread —-对应-—> OS thread
Linux关于操作系统的线程控制源码：pthread_create()
Linux命令：man pthread_create

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);

根据man配置的信息可以得出pthread_create会创建一个线程，这个函数是linux系统的函数，可以用C或者C++直接调用，上面信息也告诉程序员这个函数在pthread.h， 这个函数有四个参数:

然后我们来在linux上启动一个线程的代码：

创建一个后缀名.c的文件：

//引入头文件
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
//定义一个变量，接受创建线程后的线程id
pthread_t pid;
//定义子线程的主体函数
void* thread_entity(void* arg)
{
    while (1)
    {
        usleep(100);
        printf("i am new Thread!\n");
    }
}
//main方法，程序入口，main和java的main一样会产生一个进程，继而产生一个main线程
int main()
{
    //调用操作系统的函数创建线程，注意四个参数
    pthread_create(&pid,NULL,thread_entity,NULL);
    //usleep是睡眠的意思，那么这里的睡眠是让谁睡眠呢？为什么需要睡眠？如果不睡眠会出现什么情况
    //让主线程睡眠，目的是为了让子线程执行
    while (1)
    {
        usleep(100);
        printf("main\n");
    }
}                       

运行命令：

gcc -o thread.out thread.c -pthread
Thread.out 是thread.c 编译成功之后的文件
运行：./thread.out 
输出：
i am new Thread!
main
i am new Thread!
main
i am new Thread!
main
i am new Thread!
main
。。。。。。
//一直交替执行

经过以上分析Linux线程创建的过程
可以试想一下java 的线程模型到底是什么情况？
分析： java代码里启动一个线程的代码：

import java.lang.Thread;
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
    Thread thread = new Thread(){
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("i am new Thread!\n”)
        }
    };
    thread.start();
    }
}    

这里启动的线程(start() 方法)和上面我们通过linux的pthread_create()函数启动的线程有什么关系呢？
只能去可以查看start()的源码了,看看java的start()到底干了什么事才能对比出来。

start源码
/**
     * 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 */
            }
        }
    }

    //start0方法是一个native方法
    //native方法:就是一个java调用非java代码的接口,该接口方法的实现由非java语言实现，比如C语言。
    private native void start0();

            

根据Start()源码可以看到这个方法最核心的就是调用了一个start0方法，而start0方法又是一个native方法，故而如果要搞明白start0我们需要查看Hotspot的源码。
好吧那我们就来看一下Hotspot的源码吧，Hotspot的源码怎么看么？？一般直接看openjdk的源码，openjdk的源码如何查看、编译调试？
Mac 10.14.4 编译openjdk1.9源码 及集成clion动态调试 ： https://app.yinxiang.com/fx/b20706bb-ae55-4ec5-a17b-79930e7e67ea
我们做一个大胆的猜测，java级别的线程其实就是操作系统级别的线程，什么意思呢？
说白了我们大胆猜想 start()—>start0()—>ptherad_create()
我们鉴于这个猜想来模拟实现一下:
一：自己写一个start0()方法来调用一个 native 方法，在native方法中启动一个系统线程
//java 代码

public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
    TestThread testThread = new TestThread();
    testThread.start0();
}
    //native方法
    private native void start0();
}

二：然后我们来写一个c程序来启动本地线程：

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
//定义一个变量，接受创建线程后的线程id
pthread_t pid;
//定义子线程的主体函数
void* thread_entity(void* arg)
{
　　while (1)
　　{
　　　　usleep(100);
　　　　printf("i am new Thread!\n");
　　}
}
//main方法，程序入口，main和java的main一样会产生一个进程，继而产生一个main线程
int main()
{
　　//调用操作系统的函数创建线程，注意四个参数
　　pthread_create(&pid,NULL,thread_entity,NULL);
　　//usleep是睡眠的意思，那么这里的睡眠是让谁睡眠呢？为什么需要睡眠？如果不睡眠会出现什么情况
　　//让主线程睡眠，目的是为了让子线程执行
　　while (1)
　　{
　　　　usleep(100);
　　　　printf("main\n");
　　}
}

三：在Linux上编译运行C程序：

编译： gcc -o thread.out thread.c -pthread
运行： ./thread.out 
就会出现线程交替执行：
main
i am new Thread!
main
i am new Thread!
main
i am new Thread!
main
。。。。。。

现在的问题就是我们如何通过start0()调用这个c程序，这里就要用到JNI了(JNI自行扫盲)
Java代码如下：

public class TestThread {
    static {
        //装载库，保证JVM在启动的时候就会装载，故而一般是也给static
        System.loadLibrary("TestThread");
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestThread testThread = new TestThread();
        testThread.start0();
　　}

    private native void start0();
}            

在Linux下编译成clas文件：
编译： javac java1.java 
生成class文件：java1.class
在生成 .h 头文件：
编译： javah TestThread
生成class文件：TestThread.h

.h文件分析
#include <jni.h>
/* Header for class TestThread */
#ifndef _Included_TestThread
#define _Included_TestThread
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: TestThread
* Method: start0
* Signature: ()V
*/
//15行代码， Java_com_luban_concurrency_LubanThread_start0方法就是你需要在C程序中定义的方法
JNIEXPORT void JNICALL Java_TestThread_start0(JNIEnv *, jobject);
　　　　#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

然后继续修改.c程序，修改的时候参考.h文件,复制一份.c文件，取名threadNew.c 定义一个Java_com_luban_concurrency_LubanThread_start0 方法在方法中启动一个子线程：

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
//记得导入刚刚编译的那个.h文件
#include "TestThread.h"
//定义一个变量，接受创建线程后的线程id
pthread_t pid;
//定义子线程的主体函数
void* thread_entity(void* arg)
{
    while (1)
    {
        usleep(100);
    printf("i am new Thread!\n");
    }
}    
//这个方法要参考.h文件的15行代码
JNIEXPOR void JNICALL Java_com_luban_concurrency_LubanThread_start0(JNIEnv *env, jobject c1){
　　pthread_create(&pid,NULL,thread_entity,NULL);
　　while(1)
　　{
　　　　usleep(100);
　　　　printf("I am Java_com_luban_concurrency_LubanThread_start0 \n");
　　}
}

解析类，把这个threadNew.c编译成为一个动态链接库，这样在java代码里会被laod到内存libTestThreadNative这个命名需要注意libxx，xx就等于你java那边写的字符串

gcc ‐fPIC ‐I ${JAVA_HOME}/include ‐I ${JAVA_HOME}/include/linux ‐shared ‐o libTestThreadNative.so threadNew.c
//需要把这个.so文件加入到path，这样java才能load到:
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:{libLubanThreadNative.so}

直接测试，运行我们自己写的那个java类直接测试看看结果能不能启动线程:
运行：java java1
现象：
main
I am Java_com_luban_concurrency_LubanThread_start0
main
I am Java_com_luban_concurrency_LubanThread_start0
main
I am Java_com_luban_concurrency_LubanThread_start0
main
。。。。。。
我们已经通过自己写的一个类，启动了一个线程，但是这个线程函数体是不是java的是C程序的，这个java线程的run方法不同。接下来我们来实现一下这个run：（C来调用java的方法，是jni反调用java方法）
java的代码里面提供一个run方法：

public class TestThread {
static {
//装载库，保证JVM在启动的时候就会装载，故而一般是也给static
System.loadLibrary("TestThread");
}

public static void main(String[] args) {
　　TestThread testThread = new TestThread();
　　testThread.start0();
}

//这个run方法，要让C程序员调用到，就完美了
public void run(){
　　System.out.println("I am java Thread !!");
}

private native void start0();
}

C程序：

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
//记得导入刚刚编译的那个.h文件
#include "TestThread.h"
//定义一个变量，接受创建线程后的线程id
pthread_t pid;
//定义子线程的主体函数
void* thread_entity(void* arg)
{
　　run();
}
//JNIEnv *env 相当于虚拟机
JNIEXPOR void JNICALL Java_com_luban_concurrency_LubanThread_start0(JNIEnv *env, jobject c1){
　　//定一个class 对象
　　jclass cls;
　　jmethodID cid;
　　jmethodID rid;
　　//定一个对象
　　jobject obj;
　　jint ret = 0;
　　//通过虚拟机对象找到TestThread java class
　　cls = (*env)->FindClass(env,"TestThread");
　　if（cls == NULL）{
　　　　printf("FindClass Error!\n")
　　　　return;
　　}
　　cid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "<init>", "()V");
　　if (cid == NULL) {
　　　　printf("GetMethodID Error!\n");
　　　　return;
　　}
　　//实例化一个对象
　　obj = (*env)->NewObject(env, cls, cid);
　　if(obj == NULL){
　　　　printf("NewObject Error!\n")
　　　　return;
　　}
　　rid = (*env)->GetMethodID(env, cls, "run", "()V");
　　ret = (*env)->CallIntMethod(env, obj, rid, Null);
　　printf("Finsh call method!\n")
}
int main(){
　　return 0;
}

然后再走一遍生成.class、.h 、so 然后执行
jni反调用java编译：
gcc -o threadNew threadNew.c -I /usr/lib/jvm/java-1.8.0-openjdk/include -I /usr/lib/jvm/java-1.8.0-openjdk/include/linux -L /usr/lib/jvm/java-1.8.0- openjdk/jre/lib/amd64/server -ljvm -pthread
指定：export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:{libLubanThreadNative.so}
显示：
I am java Thread ！！
Finsh call method!

至此c调用java的已经完成（只是模拟）（其实C调用java的时候并不是调用jni反射调用的，而是用的C++的一个函数）
由上可知java thread的调用及反调用：
调用了一个start0方法，而start0方法又是一个native方法，native方法是由Hotspot提供的，并且调用OS pthread_create()
证实： java thread —-对应-—> OS thread