java是怎么开启线程的 ? --原理浅析并学用JNI技术验证-- Ranger

java是怎么开启线程的 ? --原理浅析并学用JNI技术验证

关于操作系统的线程 linux操作系统的线程控制原语

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

可以在linux系统下面通过man手册查看该函数的定义
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


image.png

linux上启动一个线程的代码:

//头文件
#include 
#include 
//定义一个变量,接受创建线程后的线程id
pthread_t pid;
//定义线程的主体函数
void* thread_entity(void* arg) {
    printf("i am new Thread! from c");
}
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(100);
    printf("main\n");
    return 0;
}

在java代码里启动一个线程的代码

public class Example4Start {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(){
        @Override
            public void run() {
                System.out.println("i am new Thread! from java ");
            }
        };
    thread.start();
    }
}

这里启动的线程和上面我们通过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方法的源码的部分截图


image.png

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?


image.png

image.png

image.png
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在没有openjdk的情况下,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 star----->start0------------>ptherad_create

我们鉴于这个猜想来模拟实现一下java启动线程

image.png
package com.shadow.app;
public class EnjoyThread {
    public static void main(String[] args) {
    //自己定义的一个类
    EnjoyThread enjoythread =new EnjoyThread();
        enjoythread.start0();
    }
    //本地方法
    private native void start0();
}

这里我们让自己写的start0调用一个本地方法,在本地方法里面去启动一个系统线程,好吧我们写一个c程序来启动本地线程

本地方法的代码编写

thread.c
#include 
#include 
//定义变量接受线程id
pthread_t pid;
//线程的主体方法相当于 java当中的run
void* thread_entity(void* arg) {
    //子线程死循环
    while(1){
    //睡眠100毫秒
    usleep(100);
    //打印
    printf("I am new Thread\n");
    }
}
//c语言的主方法入口方法,相当于java的main
int main() {
    //调用linux的系统的函数创建一个线程
    pthread_create(&pid,NULL,thread_entity,NULL);
    //主线程死循环
    while(1){
    //睡眠100毫秒
    usleep(100);
    //打印
    printf("I am main\n");
    }
return 0;
}

java利用JNI调用本地方法

1、首先编写好java类

package com.shadow.app;
public class EnjoyThread {
//装载库,保证JVM在启动的时候就会装载,故而一般是也给static
    static {
        System.loadLibrary( "EnjoyThreadNative" );
    }
    public static void main(String[] args) {
        EnjoyThread enjoyThread =new EnjoyThread();
        enjoyThread.start0();
    }
    private native void start0();
}

2、然后传到linux系统上面,继而利用javac命令编译好这个java类(这里编译好这个java类主要为了后面你要运行它来测试)
编译java文件最好是在包的目录下面运行javac命令

javac EnjoyThread.java

编译好结果是包路径下面除了EnjoyThread.java 还会多一个EnjoyThread.class的文件
3、跟着利用javac -h . xx.java命令 来编译一个头文件
也最好是在包路径下面

javac -h . EnjoyThred.java

编译好的结果是多了一个.h的文件
4、现在把我们前面写好的thread.c来改改
在修改threadNew.c之前先打开刚刚编译好的.h文件,找到那个方法,复制方法名

方法名:Java_com_shadow_app_EnjoyThread_start0
threadNew.c
#include 
#include 
//定义变量接受线程id
pthread_t pid;
//线程的主体方法相当于 java当中的run
void* thread_entity(void* arg) {
    //子线程死循环
    while(1){
    //睡眠100毫秒
    usleep(100);
    //打印
    printf("I am new Thread\n");
    }
}
//这个方法名字需要参考.h当中的方法名字,打开.h文件,复制方法名过来
//参数固定
Java_com_shadow_app_EnjoyThread_start0(JNIEnv *env, jobject c1) {
    //调用linux的系统的函数创建一个线程
    pthread_create(&pid,NULL,thread_entity,NULL);
    //主线程死循环
    while(1){
    //睡眠100毫秒
    usleep(100);
    //打印
    printf("I am main\n");
    }
}

5、编译这个threadNew.c为一个so文件,这样才能被java程序加载到

gcc -fPIC -I /home/shadows/soft/jdk11/include -I
/home/shadows/soft/jdk11/include/linux -shared -o libxxx.so threadNew.c

注意这个libxxx; lib是固定的xxx可以随意,但是得和你的java代码对应

static {
    //如果你是libxxx;这里就写xxx
    System.loadLibrary( "xxx" );
}
image.png

6、把so文件所在的目录添加到系统变量,不然java还是load不到

export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/shadows/tools/enjoy/com/shadow/app/

最后运行我们前面写好的那个java文件(记得到包的外面去运行java命令)
java com.xxxx.xxxx.EnjoyThread
可以看到有两个线程在跑,其中一个线程就是我们自己用java代码启动的

小结

由此可见,java的线程模型是和操作系统线程一一对应的,不像Go语言等其他语言使用协程,java中并没有协程这个概念。这样解释了以前AQS框架为什么比synchronization性能强大,因为它锁大部分操作都没有到操作系统里面去,而后者则大部分调到了操作系统层面,需要等cpu来分配,效率就大打折扣了,在java层面就搞定了。而这样的方法还能继续帮我们理解了什么是用户态,什么是内核态,偏向锁,重量级锁等原理。

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