【Java】Thread类中的join()方法原理

超、凢脫俗 2022-05-25 06:47 154阅读 0赞

## 简介 ##

`join()`是Thread类的一个方法。根据jdk文档的定义：

> public final void join()throws InterruptedException: **Waits for this thread to die**.

`join()`方法的作用，是等待这个线程结束；但显然，这样的定义并不清晰。个人认为”Java 7 Concurrency Cookbook”的定义较为清晰：

> **join() method suspends the execution of the calling thread until the object called finishes its execution.**

也就是说，t.join()方法阻塞调用此方法的线程(calling thread)，直到线程t完成，此线程再继续；通常用于在main()主线程内，等待其它线程完成再结束main()主线程。我们来看看下面的例子。

## 例子 ##

我们对比一下下面这两个例子，看看使用`join()`方法的作用是什么？

1.  不使用`join()`方法的情况：

public static void main(String[] args){
        System.out.println("MainThread run start.");
    
        //启动一个子线程
        Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("threadA run start.");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("threadA run finished.");
            }
        });
        threadA.start();
    
        System.out.println("MainThread join before");
        System.out.println("MainThread run finished.");
    }

运行结果如下：

> MainThread run start.  
> threadA run start.  
> MainThread join before  
> MainThread run finished.  
> threadA run finished.

因为上述子线程执行时间相对较长，所以是在主线程执行完毕之后才结束。

1.  使用了`join()`方法的情况：

public static void main(String[] args){
        System.out.println("MainThread run start.");
    
        //启动一个子线程
        Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("threadA run start.");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("threadA run finished.");
            }
        });
        threadA.start();
    
        System.out.println("MainThread join before");
        try {
            threadA.join();    //调用join()
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("MainThread run finished.");
    }

运行结果如下：

> MainThread run start.  
> threadA run start.  
> MainThread join before  
> threadA run finished.  
> MainThread run finished.

对子线程threadA使用了`join()`方法之后，我们发现主线程会等待子线程执行完成之后才往后执行。

## `join()`的原理和作用 ##

java层次的状态转换图

![20170531150958304.jpeg][]

我们来深入源码了解一下join()：

//Thread类中
    public final void join() throws InterruptedException {
        join(0);
    }
    
    
    public final synchronized void join(long millis) throws InterruptedException {
        long base = System.currentTimeMillis();  //获取当前时间
        long now = 0;
    
        if (millis < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
        }
    
        if (millis == 0) {    //这个分支是无限期等待直到b线程结束
            while (isAlive()) {
                wait(0);
            }
        } else {    //这个分支是等待固定时间，如果b没结束，那么就不等待了。
            while (isAlive()) {
                long delay = millis - now;
                if (delay <= 0) {
                    break;
                }
                wait(delay);
                now = System.currentTimeMillis() - base;
            }
        }
    }

我们重点关注一下这两句，无限期等待的情况：：

while (isAlive()) {
        wait(0);    //wait操作，那必然有synchronized与之对应
    }

注意这个`wait()`方法是Object类中的方法，再来看sychronized的是谁：

public final synchronized void join(long millis) throws InterruptedException { ... }

成员方法加了synchronized说明是`synchronized(this)`，this是谁啊？this就是threadA子线程对象本身。也就是说，主线程持有了threadA这个对象的锁。

大家都知道，有了`wait()`，必然有`notify()`，什么时候才会notify呢？在jvm源码里：

// 位于/hotspot/src/share/vm/runtime/thread.cpp中
    void JavaThread::exit(bool destroy_vm, ExitType exit_type) {
        // ...
    
        // Notify waiters on thread object. This has to be done after exit() is called
        // on the thread (if the thread is the last thread in a daemon ThreadGroup the
        // group should have the destroyed bit set before waiters are notified).
        // 有一个贼不起眼的一行代码，就是这行
        ensure_join(this);
    
        // ...
    }
    
    
    static void ensure_join(JavaThread* thread) {
        // We do not need to grap the Threads_lock, since we are operating on ourself.
        Handle threadObj(thread, thread->threadObj());
        assert(threadObj.not_null(), "java thread object must exist");
        ObjectLocker lock(threadObj, thread);
        // Ignore pending exception (ThreadDeath), since we are exiting anyway
        thread->clear_pending_exception();
        // Thread is exiting. So set thread_status field in  java.lang.Thread class to TERMINATED.
        java_lang_Thread::set_thread_status(threadObj(), java_lang_Thread::TERMINATED);
        // Clear the native thread instance - this makes isAlive return false and allows the join()
        // to complete once we've done the notify_all below
        java_lang_Thread::set_thread(threadObj(), NULL);
    
        // 同志们看到了没，别的不用看，就看这一句
        // thread就是当前线程，是啥？就是刚才例子中说的threadA线程啊。
        lock.notify_all(thread);
    
        // Ignore pending exception (ThreadDeath), since we are exiting anyway
        thread->clear_pending_exception();
    }

当子线程threadA执行完毕的时候，jvm会自动唤醒阻塞在threadA对象上的线程，在我们的例子中也就是主线程。至此，threadA线程对象被notifyall了，那么主线程也就能继续跑下去了。

**可以看出，`join()`方法实现是通过`wait()`（小提示：Object 提供的方法）。 当main线程调用threadA.join时候，main线程会获得线程对象threadA的锁（wait 意味着拿到该对象的锁),调用该对象的wait(等待时间)，直到该对象唤醒main线程 （也就是子线程threadA执行完毕退出的时候）**

## 总结 ##

首先`join()` 是一个synchronized方法， 里面调用了`wait()`，这个过程的目的是让持有这个同步锁的线程进入等待，那么谁持有了这个同步锁呢？答案是主线程，因为主线程调用了`threadA.join()`方法，相当于在`threadA.join()`代码这块写了一个同步代码块，谁去执行了这段代码呢，是主线程，所以主线程被wait()了。然后在子线程threadA执行完毕之后，JVM会调用`lock.notify_all(thread);`唤醒持有threadA这个对象锁的线程，也就是主线程，会继续执行。

## 参考资料 ##

*  [Java中Thread类的join方法到底是如何实现等待的？][Java_Thread_join]
 *  [简谈Java的join()方法][Java_join]

[20170531150958304.jpeg]: /images/20220525/b61d1aa24945442494416baf75a5ec20.png
[Java_Thread_join]: https://www.zhihu.com/question/44621343
[Java_join]: http://www.cnblogs.com/techyc/p/3286678.html