System.out.println 在线程级别上是如何工作的？

Question

我正在调查一个简单的HelloWorld Java程序所做的系统调用。通过使用简单的strace，我注意到没有write调用，这让我感到怀疑:

...
mprotect(0x7f0bcd852000, 4096, PROT_READ) = 0
mprotect(0x7f0bce915000, 790528, PROT_READ) = 0
getpid()                                = 27931
munmap(0x7f0bcf6ac000, 174284)          = 0
getpid()                                = 27931
mmap(NULL, 1052672, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS|MAP_STACK, -1, 0) = 0x7f0bcf5d6000
clone(child_stack=0x7f0bcf6d5fb0, flags=CLONE_VM|CLONE_FS|CLONE_FILES|CLONE_SIGHAND|CLONE_THREAD|CLONE_SYSVSEM|CLONE_SETTLS|CLONE_PARENT_SETTID|CLONE_CHILD_CLEARTID, parent_tidptr=0x7f0bcf6d69d0, tls=0x7f0bcf6d6700, child_tidptr=0x7f0bcf6d69d0) = 27932
futex(0x7f0bcf6d69d0, FUTEX_WAIT, 27932, NULLHello, World
) = 0
munmap(0x7f0bbfa6c000, 140063364)       = 0
close(3)                                = 0
exit_group(0)                           = ?
+++ exited with 0 +++

所以，如您所见，使用普通的strace调用只会发出futex调用，该调用正在等待字符串地址。

因此，我使用-f参数运行strace，以查看所有线程：

[pid 28249] pread64(3, "\312\376\272\276\0\0\0009\0\330\n\0\2\0\3\7\0\4\f\0\5\0\6\1\0\23java/n"..., 6104, 4355323) = 6104
[pid 28249] pread64(3, "\312\376\272\276\0\0\0009\0\306\n\0\2\0\3\7\0\4\f\0\5\0\6\1\0\20java/l"..., 4455, 3263638) = 4455
[pid 28249] write(1, "Hello, World\n", 13Hello, World
) = 13
[pid 28249] pread64(3, "\312\376\272\276\0\0\0009\0(\n\0\2\0\3\7\0\4\f\0\5\0\6\1\0\25java/l"..., 999, 4425942) = 999
[pid 28249] mmap(0x7f9d35ae2000, 16384, PROT_NONE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS|MAP_NORESERVE, -1, 0) = 0x7f9d35ae2000
[pid 28249] mprotect(0x7f9d2c2e7000, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE) = 0

这样，我可以看到write调用以及更多的futex调用。

我的问题是，在调用 System.out.println 时，线程级别到底发生了什么？ Java是否会为打印创建专用线程，然后将其与主线程同步？此外，它们用于同步的东西最终会产生futex调用。

- danield

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这不是一个答案，但可能很有趣：https://luckytoilet.wordpress.com/2010/05/21/how-system-out-println-really-works/ - Peter Bagyinszki

“which is waiting on the string address” - 不完全是这样。您在输出中看到的是，“Hello world”是从另一个线程打印出来的，而原始线程正在等待futex（与字符串完全无关）。 - apangin

当调用System.out.println()时，在线程级别上会发生什么？同步，Java是否会为打印创建一个专用线程，然后与主线程同步？不会。 - user207421

Answer 1

System.out.println与线程无关（除了PrintStream方法被同步，但在没有竞争情况下这并不重要）。

Java启动器会在一个新线程中创建JVM，这就是为什么任何Java代码（不仅仅是println）都在非原始线程中执行的原因。

在原始线程中运行Java代码曾经引起很多问题，有关详情请参见JDK-6316197。

- apangin

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啊，好的，所以当你例如写java HelloWorld时，Java虚拟机会获取将要执行的程序，进行一些初始化（我猜测），然后启动线程来运行我们实际的程序。如果我们在程序中没有手动创建其他线程，那么所有的代码都将在该线程中执行。这样理解正确吗？ - danield

@danield 不是的，是启动器在初始化JVM之前就创建了一个新线程。然后JVM执行初始化并在该新线程中运行应用程序。 - apangin

Answer 2

Java的System.out是一个PrintStream，其中一个方法是：

public void println(String x) {
    synchronized (this) {
        print(x);
        newLine();
    }
}

在那里，您可以看到同步（就像该类中的所有其他print方法一样）。

这是为了避免如果多个线程写入System.out（或任何其他PrintStream）时出现乱码文本。 至少在完整字符串参数上更容易控制，而不是编写单个字符。这也是可能的，但可能会导致乱码输出。

我不知道其余部分，操作系统相关的I/O如何处理内部工作，可能还有更多事情发生。但我没有看过那个。

- JayC667