Thread类中join方法的实现原理

一.简介

join()是Thread类的一个方法，根据jdk文档的定义，join()方法的作用，是等待这个线程结束，即当前线程等待另一个调用join()方法的线程执行结束后再往下执行。通常用于在main主线程内，等待其它调用join()方法的线程执行结束再继续执行main主线程。

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

二.使用示例

通过下面两个例子，我们来看看使用join()方法的作用是什么。

1.不使用join()方法的情况

public class CreateThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("主线程执行开始");
        Thread threadA = new Thread(new RunnableTest(), "线程A");
        threadA.start();
        System.out.println("主线程执行结束");
    }
}

class RunnableTest implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行开始");
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行结束");
    }
}

执行结果如下：

主线程执行开始
线程A执行开始
主线程执行结束
线程A执行结束

因为上述子线程执行时间相对较长，所以主线程执行结束之后子线程才执行结束。

2.使用了join()方法的情况

public class CreateThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("主线程执行开始");
        Thread threadA = new Thread(new RunnableTest(), "线程A");
        threadA.start();
        try {
            threadA.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("主线程执行结束");
    }
}

class RunnableTest implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行开始");
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行结束");
    }
}

执行结果如下：

主线程执行开始
线程A执行开始
线程A执行结束
主线程执行结束

对子线程threadA调用了join()方法之后，我们发现主线程会等待子线程执行结束之后才继续往下执行。

三.join()方法的实现原理

下面通过Thread类源码(JDK1.8)来深入了解一下join()方法：

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

public final synchronized void join(long millis)
    throws InterruptedException {
    long base = System.currentTimeMillis();
    long now = 0;

    if (millis < 0) {
        throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
    }

    if (millis == 0) {
        while (isAlive()) {
            wait(0);
        }
    } else {
        while (isAlive()) {
            long delay = millis - now;
            if (delay <= 0) {
                break;
            }
            wait(delay);
            now = System.currentTimeMillis() - base;
        }
    }
}

上述代码，有两个代码需要注意下，其一：

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

成员方法加了synchronized说明是synchronized(this)，this是谁？this就是threadA子线程对象本身。也就是说，主线程持有了threadA这个子线程对象的锁。
其二：

while (isAlive()) {
    wait(0); 
}

注意，这个wait()方法是Object类中的方法，也就是说执行wait()方法之后主线程会释放threadA对象的锁，进入等待状态，直到被再次唤醒。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：

//一个c++函数：
void JavaThread::exit(bool destroy_vm, ExitType exit_type) ；
//里面有一个不起眼的一行代码
ensure_join(this);

static void ensure_join(JavaThread* thread) {
  Handle threadObj(thread, thread->threadObj());

  ObjectLocker lock(threadObj, thread);

  thread->clear_pending_exception();

  java_lang_Thread::set_thread_status(threadObj(), java_lang_Thread::TERMINATED);

  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
  lock.notify_all(thread);

  thread->clear_pending_exception();
}

当子线程threadA执行结束的时候，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。

四.总结

在main主线程中调用threadA.join()方法，因为join() 方法是一个synchronized方法，所以主线程会首先持有thread线程对象的锁。接下来在join()方法里面调用wait()方法，主线程会释放thread线程对象的锁，进入等待状态。最后，threadA线程执行结束，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，所以主线程会继续往下执行。

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