Java Thread的join() 之刨根问底

0.Join()

线程的合并的含义就是 将几个并行线程的线程合并为一个单线程执行，应用场景是 当一个线程必须等待另外一个线程执行完毕才能执行时，Thread类提供了join方法来完成这个功能，注意，它不是静态方法。

join有3个重载的方法：

void join():当前线程等该加入该线程后面，等待该线程终止。
void join(long millis):当前线程等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。 若是在millis时间内，该线程没有执行完，那么当前线程进入就绪状态，从新等待cpu调度。
void join(long millis,int nanos):等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒 + nanos纳秒。若是在millis时间内，该线程没有执行完，那么当前线程进入就绪状态，从新等待cpu调度。

参考：猿码道：啃碎并发（二）

1.使用方法

新建一个Thread类，重写run()方法：

public class MyThread extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("子线程执行完毕");
    }
}
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新建测试类，测试Join()方法：

public class TestThread {

    public static void main(String[] args) {
        //循环五次
        for (int i = 0; i < 5; i++) {

            MyThread thread = new MyThread();
            //启动线程
            thread.start();
            try {
                //调用join()方法
                thread.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("主线程执行完毕");
            System.out.println("~~~~~~~~~~~~~~~");

        }
    }
}
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输出结果以下：

子线程执行完毕
主线程执行完毕
~~~~~~~~~~~~~~~
子线程执行完毕
主线程执行完毕
~~~~~~~~~~~~~~~
子线程执行完毕
主线程执行完毕
~~~~~~~~~~~~~~~
子线程执行完毕
主线程执行完毕
~~~~~~~~~~~~~~~
子线程执行完毕
主线程执行完毕
~~~~~~~~~~~~~~~
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结果分析： 子线程每次都在主线程以前执行完毕，即子线程会在主线程以前执行。

代码中循环5次是为了排除线程执行的随机性，若不能说明问题，能够调大循环次数进行测试。

2.原理分析

查看Thread类源码：

public final void join() throws InterruptedException {
    //当调用join()时，实际是调用join(long)方法
        join(0);
    }
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查看Join(long)方法源码：

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) {  //因为上一步传入参数为0，所以调用当前判断
            while (isAlive()) { //判断子线程是否存活
                wait(0); //调用wait(0)方法
            }
        } else {
            while (isAlive()) {
                long delay = millis - now;
                if (delay <= 0) {
                    break;
                }
                wait(delay);
                now = System.currentTimeMillis() - base;
            }
        }
    }
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查看isAlive()方法源码：

/**
     * Tests if this thread is alive. A thread is alive if it has
     * been started and has not yet died.
     * 测试线程是否还活着。若是线程存活的话它就是已经开始，尚未死亡的状态。
     * @return  <code>true</code> if this thread is alive;
     *          <code>false</code> otherwise.
     */****
    public final native boolean isAlive();
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说明： 该方法为本地方法，判断线程对象是否存活，若线程对象调用了start()方法，在没有死亡的状况下此判断为true。在上述例子中，因为调用了子线程的start()方法，而且没有结束操做，所以判断true。

查看wait()方法源码：

public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;
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说明： 该方法为本地方法，调用此方法的当前线程须要释放锁，并等待唤醒。在上述例子中，主线程调用子线程对象的join()方法，所以主线程在此位置须要释放锁，并进行等待。

wait()与wait(0)的区别：
查看wait()方法源码，wait()方法只调用了wait(0),以下：

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

所以，wait()与wait(0)相同。
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咱们来撸一撸上述步骤： 主线程wait()等待，子线程调用了run()执行，打印“子线程执行完毕”。此时，主线程还没被唤醒，尚未执行下面的操做。那么，问题来了，谁？在何时？唤醒了主线程呢？

查看Thread类中存在exit()方法，源码以下：

/**
     * This method is called by the system to give a Thread
     * a chance to clean up before it actually exits.
     * 这个方法由系统调用，当该线程彻底退出前给它一个机会去释放空间。
     */
private void exit() {
        if (group != null) {                //线程组在Thread初始化时建立，存有建立的子线程
            group.threadTerminated(this);   //调用threadTerminated()方法
            group = null;
        }
        /* Aggressively null out all reference fields: see bug 4006245 */
        target = null;
        /* Speed the release of some of these resources */
        threadLocals = null;
        inheritableThreadLocals = null;
        inheritedAccessControlContext = null;
        blocker = null;
        uncaughtExceptionHandler = null;
    }
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经过debug，exit()在线程执行完run()方法以后会被调用，此时线程组中存在当前子线程，所以会调用线程组的threadTerminated()方法。 查看ThreadGroup.threadTerminated()方法源码：

/** Notifies the group that the thread {@code t} has terminated.
  * 通知线程组，t线程已经终止。
  *
void threadTerminated(Thread t) {
        synchronized (this) {
            remove(t);                          //从线程组中删除此线程

            if (nthreads == 0) {                //当线程组中线程数为0时
                notifyAll();                    //唤醒全部待定中的线程
            }
            if (daemon && (nthreads == 0) &&
                (nUnstartedThreads == 0) && (ngroups == 0))
            {
                destroy();
            }
        }
    }
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经过此方法，将子线程从线程组中删除，并唤醒其余等待的线程。在上述例子中，此时子线程被销毁，并释放占用的资源，并唤醒等待中的线程。而在join()方法中等待的主线程被唤醒，并得到锁，打印“主线程执行完毕”。

3.总结

Join()方法，使调用此方法的线程wait()（在例子中是main线程）,直到调用此方法的线程对象（在例子中是MyThread对象）所在的线程（在例子中是子线程）执行完毕后被唤醒。

因为线程的启动与销毁实际上是由操做系统进行操做，因此在描述的时候刻意略去，若是有疑惑的地方，能够查看C++编写的本地方法。
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