Java多线程之join方法

朱雀 2022-12-09 04:56 209阅读 0赞

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参考资料

> [1、Java多线程中join方法的理解][1_Java_join]  
> [2、Thread.join的作用和原理][2_Thread.join]  
> [3、Thread.join的作用和原理][3_Thread.join]

## join方法 ##

join重载方法
    
    1 join()
    2 join(long millis)     //参数为毫秒
    3 join(long millis,int nanoseconds)    //第一参数为毫秒，第二个参数为纳秒

### 功能演示 ###

public class JoinDemo implements Runnable{
        public void run() {
            System.err.println("join thread demo ");
        }
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            System.err.println("main thread start... ");
            Runnable r = new JoinDemo();
            Thread t = new Thread(r);
            t.setName("ibli joinTest ...");
            t.start();
    //        t.join();
            System.err.println("main thread end... ");
        }
    }

以上将t.join();注释掉，执行结果如下：

main thread start... 
    main thread end... 
    join thread demo

但是把注释去掉，结果如下：

main thread start... 
    join thread demo 
    main thread end...

这是一个非常简单的demo,效果是显而易见的。当main线程去调用t.join()是，会将自己当前线程阻塞，等到t线程执行完成到达完结状态，main线程才可以继续执行。

我们看一下join()设置超时时间的方法：

public class JoinDemo implements Runnable{
        public void run() {
            System.err.println("join thread demo ");
            try {
                // 线程睡眠4s
                Thread.sleep(4000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            List<String> strings = null;
            System.err.println(strings.get(0));
        }
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            System.err.println("main thread start... ");
            Runnable r = new JoinDemo();
            Thread t = new Thread(r);
            t.setName("ibli joinTest ...");
            t.start();
            // 但是主线程join的超时时间是1s
            t.join(1000);
            System.err.println("main thread end... ");
        }
    }

执行效果：

main thread start... 
    join thread demo 
    main thread end... 
    Exception in thread "ibli joinTest ..." java.lang.NullPointerException
    	at com.ibli.threadTest.api.JoinDemo.run(JoinDemo.java:14)
    	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

> 上面的执行结果可以看到，子线程设置了4s的超时时间，但是主线程在1秒超时后，并没有等待子线程执行完毕，就被唤醒执行后续操作了；这样的预期是否符合你的预期呢？  
> 下面我们按照join的源码去分析吧！

### join方法原理 ###

下面是join的原理图

![1][]

> join()源码

首先会调用join(0)方法，其实是join的重载方法；

public final void join() throws InterruptedException {
            join(0);
    }

下面是join的核心实现：

public final synchronized void join(long millis)
        throws InterruptedException {
            long base = System.currentTimeMillis();
            long now = 0;
            
            // 首先校验参数是否合法
            if (millis < 0) {
                throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
            }
    
            // 如果join方法没有参数，则相当于直接调用wait方法
            if (millis == 0) {
                while (isAlive()) {
                    wait(0);
                }
            } else {
                while (isAlive()) {
                    long delay = millis - now;
                    if (delay <= 0) {
                        break;
                    }
                    wait(delay);
                    now = System.currentTimeMillis() - base;
                }
            }
        }

下面是isAlive方法的源码

public final native boolean isAlive();

这是一个本地方法，作用是判断当前的线程是否处于活动状态。什么是活动状态呢？活动状态就是线程已经启动且尚未终止。线程处于正在运行或准备开始运行的状态，就认为线程是“存活”的。

*  这里有一个点要注意，join为什么阻塞的是主线程，而不是子线程呢？
 *  不理解的原因是阻塞主线程的方法是放在previousThread这个实例作用，让大家误以为应该阻塞previousThread线程。实际上主线程会持有previousThread这个对象的锁，然后调用wait方法去阻塞，而这个方法的调用者是在主线程中的。所以造成主线程阻塞。
 *  其实join()方法的核心在于wait(),在主线程中调用t.join()相当于在main方法中添加 new JoinDemo().wait();是一样的效果；在这里只不过是wait方法写在了子线程的方法中。
 *  再次重申一遍，join方法的作用是在主线程阻塞，等在子线程执行完之后，由子线程唤醒主线程，再继续执行主线程调用t.join()方法之后的逻辑。

> 那么主线程是在什么情况下知道要继续执行呢？就是上面说的，主线程其实是由join的子线程在执行完成之后调用的notifyAll()方法，来唤醒等待的线程。怎么证明呢？

其实大家可以去翻看JVM的源码实现，Thread.cpp文件中，有一段代码：

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).
      ensure_join(this);
    }

其中调用ensure\_join方法

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
      //这里是清除native线程，这个操作会导致isAlive()方法返回false
      java_lang_Thread::set_thread(threadObj(), NULL);
      // 在这里唤醒等待的线程
      lock.notify_all(thread);
      // Ignore pending exception (ThreadDeath), since we are exiting anyway
      thread->clear_pending_exception();
    }

在JVM的代码中，线程执行结束的最终调用了lock.notify\_all(thread)方法来唤醒所有处于等到的线程

## 使用场景 ##

*  比如我们使用Callable执行异步任务，需要在主线程处理任务的返回值时，可以调用join方法；
 *  还有一些场景希望线程之间顺序执行的；

## join()方法与sleep()的比较 ##

我们先说一下sleep方法：

*  让当前线程休眠指定时间。
 *  休眠时间的准确性依赖于系统时钟和CPU调度机制。
 *  不释放已获取的锁资源，如果sleep方法在同步上下文中调用，那么其他线程是无法进- 入到当前同步块或者同步方法中的。
 *  可通过调用interrupt()方法来唤醒休眠线程。
 *  sleep是静态方法，可以在任何地方调用

相比与sleep方法  
sleep是静态方法，而且sleep的线程不是放锁资源，而join方法是对象方法，并且在等待的过程中会释放掉对象锁；

> 关于join方法会释放对象锁，那到底是释放的那个对象的锁呢，可以参照 [关于join() 是否会释放锁的一些思考][join_]

## 一些关于join的面试题 ##

> [一个Thread.join()面试题的思考][Thread.join]

> 山脚太拥挤 我们更高处见。

[CSDN]: https://blog.csdn.net/IBLiplus
[Github]: https://github.com/GaoLeiplus/javaDancer
[Link 1]: https://juejin.im/user/4424090522228919
[Gitee]: https://gitee.com/IBLiplus/ibli_technology_doc
[resize_m_lfit_w_962_pic_center]: /images/20221123/4f44f47ba019491f9c3b5a598dcf11b7.png
[1_Java_join]: https://www.iteye.com/blog/uule-1101994
[2_Thread.join]: https://blog.csdn.net/weichi7549/article/details/108449618
[3_Thread.join]: https://www.jianshu.com/p/fc51be7e5bc0
[1]: /images/20221123/6513be33b9c84de69795bf2e5a1ae124.png
[join_]: https://www.cnblogs.com/lwmp/p/11805440.html
[Thread.join]: https://juejin.im/post/6844903977113354254