持续坚持原创输出，点击蓝字关注我吧

Thread.start() ，它是怎么让线程启动的呢？

作者：小傅哥
博客：https://bugstack.cn

❝

沉淀、分享、成长，让自己和他人都能有所收获！😜

❞

线程的启动会涉及到本地方法（JNI）的调用，也就是那部分 C++ 编写的代码。
JVM 的实现中会有不同操作系统对线程的统一处理，比如：Win、Linux、Unix。
线程的启动会涉及到线程的生命周期状态（RUNNABLE），以及唤醒操作，所以最终会有回调操作。也就是调用我们的 run() 方法

接下来，我们就开始逐步分析每一步源码的执行内容，从而了解线程启动过程。

四、线程启动过程

1. Thread start UML 图

Thread.start() ，它是怎么让线程启动的呢？

图 19-2 Thread start UML 图

如图 19-2 是线程的启动过程时序图，整体的链路较长，会涉及到 JVM 的操作。核心源码如下：

Thread.c：https://github.com/unofficial-openjdk/openjdk/blob/jdk/jdk/src/java.base/share/native/libjava/Thread.c
jvm.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u\_hotspot/blob/master/src/share/vm/prims/jvm.cpp
thread.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u\_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/thread.cpp
os.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u\_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/os.hpp
os_linux.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u\_hotspot/blob/master/src/os/linux/vm/os\_linux.cpp
os_windows.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u\_hotspot/blob/master/src/os/windows/vm/os\_windows.cpp
vmSymbols.hpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u\_hotspot/blob/master/src/share/vm/classfile/vmSymbols.hpp

2. Java 层面 Thread 启动

2.1 start() 方法

`new Thread(() -> {
// todo
}).start();

// JDK 源码
public synchronized void start() {

if (threadStatus != 0)
throw new IllegalThreadStateException();

    group.add(this);
    boolean started = false;
    try {
        start0();
        started = true;
    } finally {
        try {
            if (!started) {
                group.threadStartFailed(this);
            }
        } catch (Throwable ignore) {}
    }
}
`

线程启动方法 start()，在它的方法英文注释中已经把核心内容描述出来。 Causes this thread to begin execution; the Java Virtual Machine calls the run method of this thread. 这段话的意思是：由 JVM 调用此线程的 run 方法，使线程开始执行。其实这就是一个 JVM 的回调过程，下文源码分析中会讲到
另外 start() 是一个 synchronized 方法，但为了避免多次调用，在方法中会由线程状态判断。 threadStatus != 0。
group.add(this)，是把当前线程加入到线程组，ThreadGroup。
start0()，是一个本地方法，通过 JNI 方式调用执行。这一步的操作才是启动线程的核心步骤。

2.2 start0() 本地方法

`// 本地方法 start0
private native void start0();

// 注册本地方法
public class Thread implements Runnable {
    /* Make sure registerNatives is the first thing  does. */
    private static native void registerNatives();
    static {
        registerNatives();
    }
    // ...
}`

start0()，是一个本地方法，用于启动线程。
registerNatives()，这个方法是用于注册线程执行过程中需要的一些本地方法，比如： start0、 isAlive、 yield、 sleep、 interrupt0等。

「registerNatives」，本地方法定义在 Thread.c 中，以下是定义的核心源码：

static JNINativeMethod methods[] = { {"start0", "()V", (void *)&JVM_StartThread}, {"stop0", "(" OBJ ")V", (void *)&JVM_StopThread}, {"isAlive", "()Z", (void *)&JVM_IsThreadAlive}, {"suspend0", "()V", (void *)&JVM_SuspendThread}, {"resume0", "()V", (void *)&JVM_ResumeThread}, {"setPriority0", "(I)V", (void *)&JVM_SetThreadPriority}, {"yield", "()V", (void *)&JVM_Yield}, {"sleep", "(J)V", (void *)&JVM_Sleep}, {"currentThread", "()" THD, (void *)&JVM_CurrentThread}, {"interrupt0", "()V", (void *)&JVM_Interrupt}, {"holdsLock", "(" OBJ ")Z", (void *)&JVM_HoldsLock}, {"getThreads", "()[" THD, (void *)&JVM_GetAllThreads}, {"dumpThreads", "([" THD ")[[" STE, (void *)&JVM_DumpThreads}, {"setNativeName", "(" STR ")V", (void *)&JVM_SetNativeThreadName}, };

「源码」：https://github.com/unofficial-openjdk/openjdk/blob/jdk/jdk/src/java.base/share/native/libjava/Thread.c
从定义中可以看到， start0 方法会执行 &JVM_StartThread 方法，最终由 JVM 层面启动线程。

3. JVM 创建线程

3.1 JVM_StartThread

「源码」：https://github.com/JetBrains/jdk8u\_hotspot/blob/master/src/share/vm/prims/jvm.cpp

`JVM_ENTRY(void, JVM_StartThread(JNIEnv* env, jobject jthread))
  JVMWrapper("JVM_StartThread");
  JavaThread *native_thread = NULL;

  // 创建线程
  native_thread = new JavaThread(&thread_entry, sz);
  // 启动线程
  Thread::start(native_thread);

JVM_END
`

这部分代码比较多，但核心内容主要是 创建线程和 启动线程，另外 &thread_entry 也是一个方法，如下：

「thread_entry，线程入口」

static void thread_entry(JavaThread* thread, TRAPS) { HandleMark hm(THREAD); Handle obj(THREAD, thread->threadObj()); JavaValue result(T_VOID); JavaCalls::call_virtual(&result, obj, KlassHandle(THREAD, SystemDictionary::Thread_klass()), vmSymbols::run_method_name(), vmSymbols::void_method_signature(), THREAD); }

「重点」，在创建线程引入这个线程入口的方法时，thread_entry 中包括了 Java 的回调函数 JavaCalls::call_virtual。这个回调函数会由 JVM 调用。

「vmSymbols::run_method_name()」，就是那个被回调的方法，源码如下：

「源码」：https://github.com/JetBrains/jdk8u\_hotspot/blob/master/src/share/vm/classfile/vmSymbols.hpp

#define VM_SYMBOLS_DO(template, do_alias) template(run_method_name, "run")

这个 run 就是我们的 Java 程序中会被调用的 run 方法。接下来我们继续按照代码执行链路，寻找到这个被回调的方法在什么时候调用的。

3.2 JavaThread

native_thread = new JavaThread(&thread_entry, sz);

接下来，我们继续看 JavaThread 的源码执行内容。

「源码」：https://github.com/JetBrains/jdk8u\_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/thread.cpp

JavaThread::JavaThread(ThreadFunction entry_point, size_t stack_sz) : Thread() #if INCLUDE_ALL_GCS , _satb_mark_queue(&_satb_mark_queue_set), _dirty_card_queue(&_dirty_card_queue_set) #endif // INCLUDE_ALL_GCS { if (TraceThreadEvents) { tty->print_cr("creating thread %p", this); } initialize(); _jni_attach_state = _not_attaching_via_jni; set_entry_point(entry_point); // Create the native thread itself. // %note runtime_23 os::ThreadType thr_type = os::java_thread; thr_type = entry_point == &compiler_thread_entry ? os::compiler_thread :os::java_thread; os::create_thread(this, thr_type, stack_sz); }

ThreadFunction entry_point，就是我们上面的 thread_entry 方法。
size_t stack_sz，表示进程中已有的线程个数。
「这两个参数」，都会传递给 os::create_thread 方法，用于创建线程使用。

3.3 os::create_thread

「源码」：

os_linux.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u\_hotspot/blob/master/src/os/linux/vm/os\_linux.cpp
os_windows.cpp：https://github.com/JetBrains/jdk8u\_hotspot/blob/master/src/os/windows/vm/os\_windows.cpp

众所周知，JVM 是个啥！，所以它的 OS 服务实现，Liunx 还有 Windows 等，都会实现线程的创建逻辑。这有点像适配器模式

「os_linux -> os::create_thread」

`bool os::create_thread(Thread* thread, ThreadType thr_type, size_t stack_size) {
assert(thread->osthread() == NULL, "caller responsible");

  // Allocate the OSThread object
  OSThread* osthread = new OSThread(NULL, NULL);
  // Initial state is ALLOCATED but not INITIALIZED
  osthread->set_state(ALLOCATED);

  pthread_t tid;
  int ret = pthread_create(&tid, &attr, (void* ()(void)) java_start, thread);

return true;
}
`

osthread->set_state(ALLOCATED)，初始化已分配的状态，但此时并没有初始化。
pthread_create，是类Unix操作系统（Unix、Linux、Mac OS X等）的创建线程的函数。
java_start，重点关注类，是实际创建线程的方法。

3.4 java_start

「源码」：https://github.com/JetBrains/jdk8u\_hotspot/blob/master/src/os/linux/vm/os\_linux.cpp

`static void *java_start(Thread *thread) {

// 线程ID
int pid = os::current_process_id();

// 设置线程
ThreadLocalStorage::set_thread(thread);

  // 设置线程状态：INITIALIZED 初始化完成
  osthread->set_state(INITIALIZED);

  // 唤醒所有线程
  sync->notify_all();

// 循环，初始化状态，则一致等待 wait
while (osthread->get_state() == INITIALIZED) {
sync->wait(Mutex::_no_safepoint_check_flag);
}

// 等待唤醒后，执行 run 方法
thread->run();

return 0;
}
`

JVM 设置线程状态，INITIALIZED 初始化完成。
sync->notify_all()，唤醒所有线程。
osthread->get_state() == INITIALIZED，while 循环等待
thread->run()，是等待线程唤醒后，也就是状态变更后，才能执行到。这在我们的线程执行UML图中，也有所体现

4. JVM 启动线程

JVM_END
`

JVM_StartThread 中有两步，创建（ new JavaThread）、启动（ Thread::start）。创建的过程聊完了，接下来我们聊启动。

4.1 Thread::start

「源码」：https://github.com/JetBrains/jdk8u\_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/thread.cpp

`void Thread::start(Thread* thread) {
trace("start", thread);

  if (!DisableStartThread) {
    if (thread->is_Java_thread()) {
      java_lang_Thread::set_thread_status(((JavaThread*)thread)->threadObj(),
                                          java_lang_Thread::RUNNABLE);
    }
    // 不同的 OS 会有不同的启动代码逻辑
    os::start_thread(thread);
  }
}
`

如果没有禁用线程 DisableStartThread 并且是 Java 线程 thread->is_Java_thread()，那么设置线程状态为 RUNNABLE。
os::start_thread(thread)，调用线程启动方法。不同的 OS 会有不同的启动代码逻辑

4.2 os::start_thread(thread)

「源码」：https://github.com/JetBrains/jdk8u\_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/os.hpp

void os::start_thread(Thread* thread) { // guard suspend/resume MutexLockerEx ml(thread->SR_lock(), Mutex::_no_safepoint_check_flag); OSThread* osthread = thread->osthread(); osthread->set_state(RUNNABLE); pd_start_thread(thread); }

osthread->set_state(RUNNABLE)，设置线程状态 RUNNABLE
pd_start_thread(thread)，启动线程，这个就由各个 OS 实现类，实现各自系统的启动方法了。比如，windows系统和Linux系统的代码是完全不同的。

4.3 pd_start_thread(thread)

「源码」：https://github.com/JetBrains/jdk8u\_hotspot/blob/master/src/os/linux/vm/os\_linux.cpp

void os::pd_start_thread(Thread* thread) { OSThread * osthread = thread->osthread(); assert(osthread->get_state() != INITIALIZED, "just checking"); Monitor* sync_with_child = osthread->startThread_lock(); MutexLockerEx ml(sync_with_child, Mutex::_no_safepoint_check_flag); sync_with_child->notify(); }

这部分代码 notify() 最关键，它可以唤醒线程。
线程唤醒后， 3.4 中的 thread->run(); 就可以继续执行了。

5. JVM 线程回调

5.1 thread->run()[JavaThread::run()]

「源码」：https://github.com/JetBrains/jdk8u\_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/thread.cpp

// The first routine called by a new Java thread void JavaThread::run() { // ... 初始化线程操作 thread_main_inner(); }

os_linux.cpp 类中的 java_start 里的 thread->run()，最终调用的就是 thread.cpp 的 JavaThread::run() 方法。
这部分还需要继续往下看， thread_main_inner(); 方法。

5.2 thread_main_inner

「源码」：https://github.com/JetBrains/jdk8u\_hotspot/blob/master/src/share/vm/runtime/thread.cpp

`void JavaThread::thread_main_inner() {

  if (!this->has_pending_exception() &&
      !java_lang_Thread::is_stillborn(this->threadObj())) {
    {
      ResourceMark rm(this);
      this->set_native_thread_name(this->get_thread_name());
    }
    HandleMark hm(this);
    this->entry_point()(this, this);
  }

DTRACE_THREAD_PROBE(stop, this);

this->exit(false);
delete this;
}
`

这里有你熟悉的设置的线程名称， this->set_native_thread_name(this->get_thread_name())。
this->entry_point()，实际调用的就是 3.1 中的 thread_entry 方法。
thread_entry，方法最终会调用到 JavaCalls::call_virtual 里的 vmSymbols::run_method_name()。也就是 run() 方法，至此线程启动完成。终于串回来了！

五、总结

线程的启动过程涉及到了 JVM 的参与，所以如果没有认真了解过，确实很难从一个本地方法了解的如此透彻。
整个源码分析可以结合着代码调用UML时序图进行学习，基本核心过程包括： Java 创建线程和启动、 调用本地方法 start0()、 JVM 中 JVM_StartThread 的创建和启动、 设置线程状态等待被唤醒、 根据不同的OS启动线程并唤醒、 最后回调 run() 方法启动 Java 线程。
有时候可能只是一步很简单的方法，也会有它的深入之处，当真的懂了以后，就不用死记硬背。如果需要获得以上高清大图，可以添加小傅哥微信(fustack)，备注：Thread大图