信号和线程 | 易学教程

万事皆有因

随着公司的业务不断扩大，我们在2013年底开始逐步的进入Java体系的阶段，不过谁都没有Java的经验，我们就决定自己动手丰衣足食的策略，学习，请教和顾问。经过2014年的一年的努力，成功的组建了一个Java团队，并尝试做了一些新业务和基础性组件。虽然比较顺利，但还是在我心中留下了许多疑问，例如说JVM的安全点和安全区，正好上周出差回来得到了一段时间的放松，又开始阅读了下JVM中的代码。

那么收获有什么呢？

纠正了自己以前一个错误的认识，VMThread的是JVM用来完成JVM内的事情的线程，并非执行OpCode的线程，而这正执行OpCode的线程是JavaThread。

发现了JVM进入安全区的一些原理，该原理和Linux的信号以及线程是有非常大的关系的。

Linux的线程

在Linux的上古时代，Linux的线程技术和POSIX的标准是不同的，它使用自己的LinuxThread库。这会为我们带来什么影响呢？

首先，我们说下POSIX是如何定义多线程的，POSIX下一个多线程的进程只有一个PID。从这个定义中，大家可能已经猜出LinuxThread的实现有什么不同了，对，就是LinuxThread下每个线程都有一个PID，每个线程在系统中的表现就如同进程一般。

其次，现代的Linux的线程已经完全符合POSIX的标准了。

总结就是，我们可以忽略这件事情（不要丢鸡蛋）。

Linux的信号

随着Linux的内核版本不断提升，Linux的信号现在已经可以按照线程级别的触发了，换句话说就是，每个线程可以关注自己的信号了，并且可以区别性对待了。那我们需要注意什么呢？

在多线程应用中，我们应当使用sigaction来代替singal函数，因为按POSIX的说法singal函数并没有明确定义自己在多线程应用中的行为。
可以使用pthread_sigmask来为每个线程设置独立的信号掩码。同时在多线程应用中应当避免使用sigprocmask这个函数，原因也是POSIX中该函数病没有明确定义自己在多线程应用中的行为。

这个时候，有人会产生疑问了，那么多线程下kill发出的进程级别的信号A怎么办？Linux是这样解决的，它会把这个信号交付给任意一个没有屏蔽信号A的线程。如果这信号没有被任何线程设置handler进行处理，就会触发POSIX规定的默认动作。

接着有人就会问，我怎么向某个线程发消息呢，POSIX为我们准备了pthread_kill函数，我们可以直接向特定的线程发送消息。那么如果一个线程收到信号A，但是自己没有安装handler会发生什么？其实和进程级别的信号处理方法一样，直接触发默认动作，同样会结束整个进程。

说到这里了，好像已经没什么可说的了，但是我在看JVM中的时候，发现了一个非常重要的信号SIGSEGV。

信号SIGSEGV

这个信号，也许是大家最不想见到，为什么呢？我们看这个信号的定义：

当当前程序对内存的引用无效时，就会产生当前信号，也就是我们常说的“段违例”。

以下几种情况会产生该信号：
1.进程引用的内存页面不存在（例如，该页面位于堆和栈之间的映射的区域）
2.进程试图更新只读内存页（例如，程序文本段或已经被标记为只读的内存映射区域）
3.进程试图在用户态去访问内核部分的内存

OK，我们都知道这个信号引发的结果就是进程退出。不过我们都忽视了一个问题，在现代的Linux上，按照POSIX的定义，

这个信号是系统产生的线程级别的信号。换句话说，如果某个线程A出现了内存引用无效，那么产生的信号，会投递到线程A的信号队列中，而不是像进程级别的信号无法确定接受者是谁。

JVM的安全区域

如果我们想让所有Java线程停下来的时候，在JVM的JavaThread执行到大家所知道的test 特定页面的指令时，就会因为更新不可读页面而触发SIGSEGV信号。那么对于那些正在执行native代码的JavaThread该怎么办，JVM中的注释写的非常清楚，native返回JVM时会检查是否能返回的。

好了再多说一句，JVM是如果将特定内存保护起来的呢？这个需要看操作系统的API了，在Linux中是mprotect。