Java 多執行緒系列第 6 篇。

這篇我們來看看 Java 執行緒的優先順序。

Java 執行緒優先順序

Thread 類中，使用如下屬性來代表優先順序。

private int priority;

我們可以通過 setPriority(int newPriority) 來設定新的優先順序，通過 getPriority() 來獲取執行緒的優先順序。

有些資料通過下面的例子就得出了一個結論：Java 執行緒預設優先順序是 5。

public static void main(String[] args) {
    Thread thread = new Thread();
    System.out.println(thread.getPriority());
}

// 列印結果：5
 

其實這是大錯特錯的，只是看到了表面，看看下面的例子，我們把當前執行緒的優先順序改為 4，發現子執行緒 thread 的優先順序也是 4。

public static void main(String[] args) {
    Thread.currentThread().setPriority(4);
    Thread thread = new Thread();
    System.out.println(thread.getPriority());
}

// 列印結果：4

這啪啪啪打臉了，如果是執行緒預設優先順序是 5，我們新建立的 thread 執行緒，沒設定優先順序，理應是 5，但實際是 4。我們看看 Thread

初始化 priority 的原始碼。

Thread parent = currentThread();
this.priority = parent.getPriority();

原來，執行緒預設的優先順序是繼承父執行緒的優先順序，上面例子我們把父執行緒的優先順序設定為 4，所以導致子執行緒的優先順序也變成 4。

嚴謹一點說，子執行緒預設優先順序和父執行緒一樣，Java 主執行緒預設的優先順序是 5。

Java 中定義了 3 種優先順序，分別是最低優先順序（1）、正常優先順序（5）、最高優先順序（10），程式碼如下所示。Java 優先順序範圍是 [1, 10]，設定其他數字的優先順序都會丟擲 IllegalArgumentException

異常。

/**
 * The minimum priority that a thread can have.
 */
public final static int MIN_PRIORITY = 1;

/**
 * The default priority that is assigned to a thread.
 */
public final static int NORM_PRIORITY = 5;

/**
 * The maximum priority that a thread can have.
 */
public final static int MAX_PRIORITY = 10;

接下來說說執行緒優先順序的作用。先看下面程式碼，程式碼邏輯是建立了 3000 個執行緒，分別是： 1000 個優先順序為 1 的執行緒， 1000 個優先順序為 5 的執行緒，1000 個優先順序為 10 的執行緒。用 minTimes 來記錄 1000 個 MIN_PRIORITY 執行緒執行時時間戳之和，用 normTimes 來記錄 1000 個 NORM_PRIORITY 執行緒執行時時間戳之和，用 maxTimes 來記錄 1000 個 MAX_PRIORITY 執行緒執行時時間戳之和。通過統計每個優先順序的執行的時間戳之和，值越小代表的就是越優先執行。我們執行看看。

public class TestPriority {
    static AtomicLong minTimes = new AtomicLong(0);
    static AtomicLong normTimes = new AtomicLong(0);
    static AtomicLong maxTimes = new AtomicLong(0);

    public static void main(String[] args) {
        List<MyThread> minThreadList = new ArrayList<>();
        List<MyThread> normThreadList = new ArrayList<>();
        List<MyThread> maxThreadList = new ArrayList<>();

        int count = 1000;
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            MyThread myThread = new MyThread("min----" + i);
            myThread.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
            minThreadList.add(myThread);
        }
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            MyThread myThread = new MyThread("norm---" + i);
            myThread.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
            normThreadList.add(myThread);
        }
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            MyThread myThread = new MyThread("max----" + i);
            myThread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
            maxThreadList.add(myThread);
        }

        for (int i = 0; i < count; i++) {
            maxThreadList.get(i).start();
            normThreadList.get(i).start();
            minThreadList.get(i).start();
        }

        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("maxPriority 統計：" + maxTimes.get());
        System.out.println("normPriority 統計：" + normTimes.get());
        System.out.println("minPriority 統計：" + minTimes.get());
        System.out.println("普通優先順序與最高優先順序相差時間：" + (normTimes.get() - maxTimes.get()) + "ms");
        System.out.println("最低優先順序與普通優先順序相差時間：" + (minTimes.get() - normTimes.get()) + "ms");

    }

    static class MyThread extends Thread {

        public MyThread(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(this.getName() + " priority: " + this.getPriority());
            switch (this.getPriority()) {
                case Thread.MAX_PRIORITY :
                    maxTimes.getAndAdd(System.currentTimeMillis());
                    break;
                case Thread.NORM_PRIORITY :
                    normTimes.getAndAdd(System.currentTimeMillis());
                    break;
                case Thread.MIN_PRIORITY :
                    minTimes.getAndAdd(System.currentTimeMillis());
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
    }
}

執行結果如下：

# 第一部分
max----0 priority: 10
norm---0 priority: 5
max----1 priority: 10
max----2 priority: 10
norm---2 priority: 5
min----4 priority: 1
.......
max----899 priority: 10
min----912 priority: 1
min----847 priority: 5
min----883 priority: 1

# 第二部分
maxPriority 統計：1568986695523243
normPriority 統計：1568986695526080
minPriority 統計：1568986695545414
普通優先順序與最高優先順序相差時間：2837ms
最低優先順序與普通優先順序相差時間：19334ms

我們一起來分析一下結果。先看看第一部分，最開始執行的執行緒高優先順序、普通優先順序、低優先順序都有，最後執行的執行緒也都有各個優先順序的，這說明了：優先順序高的執行緒不代表一定比優先順序低的執行緒優先執行。也可以換另一種說法：程式碼執行順序跟執行緒的優先順序無關。看看第二部分的結果，我們可以發現最高優先順序的 1000 個執行緒執行時間戳之和最小，而最低優先順序的 1000 個執行緒執行時間戳之和最大，因此可以得知：一批高優先順序的執行緒會比一批低優先順序的執行緒優先執行，即高優先順序的執行緒大概率比低優先的執行緒優先獲得 CPU 資源。

各作業系統中真有 10 個執行緒等級麼？

Java 作為跨平臺語言，執行緒有 10 個等級，但是對映到不同作業系統的執行緒優先順序值不一樣。接下來教大家怎麼在 OpenJDK 原始碼中查各個作業系統中執行緒優先順序對映的值。

1. 看到 Thread 原始碼，設定執行緒優先順序最終呼叫了本地方法 setPriority0()；

private native void setPriority0(int newPriority);

1. 接著我們在 OpenJDK 的 Thread.c 程式碼中找到 setPriority0() 對應的方法 JVM_SetThreadPriority；

static JNINativeMethod methods[] = {
    ...
    {"setPriority0",     "(I)V",       (void *)&JVM_SetThreadPriority},
    ...
};

1. 我們根據 JVM_SetThreadPriority 找到 jvm.cpp 中對應的程式碼段；

JVM_ENTRY(void, JVM_SetThreadPriority(JNIEnv* env, jobject jthread, jint prio))
  JVMWrapper("JVM_SetThreadPriority");
  // Ensure that the C++ Thread and OSThread structures aren't freed before we operate
  MutexLocker ml(Threads_lock);
  oop java_thread = JNIHandles::resolve_non_null(jthread);
  java_lang_Thread::set_priority(java_thread, (ThreadPriority)prio);
  JavaThread* thr = java_lang_Thread::thread(java_thread);
  if (thr != NULL) {                  // Thread not yet started; priority pushed down when it is
    Thread::set_priority(thr, (ThreadPriority)prio);
  }
JVM_END

1. 根據第 3 步中的程式碼，我們可以發現關鍵是 java_lang_Thread::set_Priority() 這段程式碼，繼續找 thread.cpp 程式碼中的 set_Priority() 方法；

void Thread::set_priority(Thread* thread, ThreadPriority priority) {
  trace("set priority", thread);
  debug_only(check_for_dangling_thread_pointer(thread);)
  // Can return an error!
  (void)os::set_priority(thread, priority);
}

1. 發現上面程式碼最終呼叫的是 os::set_priority()，接著繼續找出 os.cpp 的 set_priority() 方法；

OSReturn os::set_priority(Thread* thread, ThreadPriority p) {
#ifdef ASSERT
  if (!(!thread->is_Java_thread() ||
         Thread::current() == thread  ||
         Threads_lock->owned_by_self()
         || thread->is_Compiler_thread()
        )) {
    assert(false, "possibility of dangling Thread pointer");
  }
#endif

  if (p >= MinPriority && p <= MaxPriority) {
    int priority = java_to_os_priority[p];
    return set_native_priority(thread, priority);
  } else {
    assert(false, "Should not happen");
    return OS_ERR;
  }
}

1. 終於發現了最終轉換為各作業系統的優先順序程式碼 java_to_os_priority[p]，接下來就是找各個作業系統下的該陣列的值。比如下面是 Linux 系統的優先順序值。

int os::java_to_os_priority[CriticalPriority + 1] = {
  19,              // 0 Entry should never be used

   4,              // 1 MinPriority
   3,              // 2
   2,              // 3

   1,              // 4
   0,              // 5 NormPriority
  -1,              // 6

  -2,              // 7
  -3,              // 8
  -4,              // 9 NearMaxPriority

  -5,              // 10 MaxPriority

  -5               // 11 CriticalPriority
};

好了，大家應該知道怎麼找出 Java 執行緒優先順序 [1,10] 一一對應各個作業系統中的優先順序值。下面給大家統計一下。

Java 執行緒優先順序	Linux	Windows	Apple	Bsd	Solaris
1	4	THREAD_PRIORITY_LOWEST(-2)	27	0	0
2	3	THREAD_PRIORITY_LOWEST(-2)	28	3	32
3	2	THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL(-1)	29	6	64
4	1	THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL(-1)	30	10	96
5	0	THREAD_PRIORITY_NORMAL(0)	31	15	127
6	-1	THREAD_PRIORITY_NORMAL(0)	32	18	127
7	-2	THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL(1)	33	21	127
8	-3	THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL(1)	34	25	127
9	-4	THREAD_PRIORITY_HIGHEST(2)	35	28	127
10	-5	THREAD_PRIORITY_HIGHEST(2)	36	31	127

Windows 系統的在 OpenJDK 原始碼中只找到上面的常量，值是通過微軟提供的函式介面文件查到的，連結在這：setthreadpriority

我們從這個表格中也可以發現一些問題，即使我們在 Java 程式碼中設定了比較高的優先順序，其實對映到作業系統的執行緒裡面，並不一定比設定了低優先順序的執行緒高，很有可能是相同的優先順序。看看 Solaris 作業系統 這個極端的例子，優先順序 5 到 10 對映的是相同的執行緒等級。

回頭想想上面的例子為什麼 3000 個執行緒，MAX_PRIORITY 優先順序的 1000 個執行緒會優先執行呢？因為我們的 3 個優先順序分別對映到 Windows 作業系統執行緒的 3 個不同的等級，所以才會生效。假設將 1、5、10 改成 5、6、7，執行結果那就不大一樣了。

最後記住：切莫把執行緒優先順序當做銀彈，優先順序高的執行緒不一定比優先順序低的執行緒優先執行。

這篇執行緒優先順序文章也告段落了，朋友們看完覺得有用麻煩幫點個在看，推薦給身邊朋友看看，原創不易。

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