了解Java线程优先级，更要知道对应操作系统的优先级，不然会踩坑
Java 多线程系列第 6 篇。
这篇我们来看看 Java 线程的优先级。
Java 线程优先级
Thread 类中，使用如下属性来代表优先级。
private int priority;
我们可以通过 setPriority(int newPriority) 来设置新的优先级，通过 getPriority() 来获取线程的优先级。
有些资料通过下面的例子就得出了一个结论：Java 线程默认优先级是 5。
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread();
System.out.println(thread.getPriority());
}
// 打印结果：5
其实这是大错特错的，只是看到了表面，看看下面的例子，我们把当前线程的优先级改为 4，发现子线程 thread 的优先级也是 4。
public static void main(String[] args) {
Thread.currentThread().setPriority(4);
Thread thread = new Thread();
System.out.println(thread.getPriority());
}
// 打印结果：4
这啪啪啪打脸了，如果是线程默认优先级是 5，我们新创建的 thread 线程，没设置优先级，理应是 5，但实际是 4。我们看看 Thread 初始化 priority 的源代码。
Thread parent = currentThread();
this.priority = parent.getPriority();
原来，线程默认的优先级是继承父线程的优先级，上面例子我们把父线程的优先级设置为 4，所以导致子线程的优先级也变成 4。
严谨一点说，子线程默认优先级和父线程一样，Java 主线程默认的优先级是 5。
Java 中定义了 3 种优先级，分别是最低优先级（1）、正常优先级（5）、最高优先级（10），代码如下所示。Java 优先级范围是 [1, 10]，设置其他数字的优先级都会抛出 IllegalArgumentException 异常。
/**
* 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;
接下来说说线程优先级的作用。先看下面代码，代码逻辑是创建了 3000 个线程，分别是： 1000 个优先级为 1 的线程， 1000 个优先级为 5 的线程，1000 个优先级为 10 的线程。用 minTimes 来记录 1000 个 MIN_PRIORITY 线程运行时时间戳之和，用 normTimes 来记录 1000 个 NORM_PRIORITY 线程运行时时间戳之和，用 maxTimes 来记录 1000 个 MAX_PRIORITY 线程运行时时间戳之和。通过统计每个优先级的运行的时间戳之和，值越小代表的就是越优先执行。我们运行看看。
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 统计：" + maxTimes.get());
System.out.println("normPriority 统计：" + normTimes.get());
System.out.println("minPriority 统计：" + minTimes.get());
System.out.println("普通优先级与最高优先级相差时间：" + (normTimes.get() - maxTimes.get()) + "ms");
System.out.println("最低优先级与普通优先级相差时间：" + (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;
}
}
}
}
执行结果如下：
# 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 统计：1568986695523243
normPriority 统计：1568986695526080
minPriority 统计：1568986695545414
普通优先级与最高优先级相差时间：2837ms
最低优先级与普通优先级相差时间：19334ms
我们一起来分析一下结果。先看看第一部分，最开始执行的线程高优先级、普通优先级、低优先级都有，最后执行的线程也都有各个优先级的，这说明了：优先级高的线程不代表一定比优先级低的线程优先执行。也可以换另一种说法：代码执行顺序跟线程的优先级无关。看看第二部分的结果，我们可以发现最高优先级的 1000 个线程执行时间戳之和最小，而最低优先级的 1000 个线程执行时间戳之和最大，因此可以得知：一批高优先级的线程会比一批低优先级的线程优先执行，即高优先级的线程大概率比低优先的线程优先获得 CPU 资源。
各操作系统中真有 10 个线程等级么？
Java 作为跨平台语言，线程有 10 个等级，但是映射到不同操作系统的线程优先级值不一样。接下来教大家怎么在 OpenJDK 源码中查各个操作系统中线程优先级映射的值。
- 看到 Thread 源代码，设置线程优先级最终调用了本地方法
setPriority0()；
private native void setPriority0(int newPriority);
- 接着我们在 OpenJDK 的
Thread.c代码中找到setPriority0()对应的方法JVM_SetThreadPriority；
static JNINativeMethod methods[] = {
...
{"setPriority0", "(I)V", (void *)&JVM_SetThreadPriority},
...
};
- 我们根据
JVM_SetThreadPriority找到 jvm.cpp 中对应的代码段；
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
- 根据第 3 步中的代码，我们可以发现关键是
java_lang_Thread::set_Priority()这段代码，继续找 thread.cpp 代码中的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);
}
- 发现上面代码最终调用的是
os::set_priority()，接着继续找出 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;
}
}
- 终于发现了最终转换为各操作系统的优先级代码
java_to_os_priority[p]，接下来就是找各个操作系统下的该数组的值。比如下面是 Linux 系统的优先级值。
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，大家应该知道怎么找出 Java 线程优先级 [1,10] 一一对应各个操作系统中的优先级值。下面给大家统计一下。
| Java 线程优先级 | 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 系统的在 OpenJDK 源码中只找到上面的常量，值是通过微软提供的函数接口文档查到的，链接在这：setthreadpriority
我们从这个表格中也可以发现一些问题，即使我们在 Java 代码中设置了比较高的优先级，其实映射到操作系统的线程里面，并不一定比设置了低优先级的线程高，很有可能是相同的优先级。看看 Solaris 操作系统 这个极端的例子，优先级 5 到 10 映射的是相同的线程等级。
回头想想上面的例子为什么 3000 个线程，MAX_PRIORITY 优先级的 1000 个线程会优先执行呢？因为我们的 3 个优先级分别映射到 Windows 操作系统线程的 3 个不同的等级，所以才会生效。假设将 1、5、10 改成 5、6、7，运行结果那就不大一样了。
最后记住：切莫把线程优先级当做银弹，优先级高的线程不一定比优先级低的线程优先执行。
这篇线程优先级文章也告段落了，朋友们看完觉得有用麻烦帮点个在看，推荐给身边朋友看看，原创不易。
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