浅谈 Java多线程

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浅谈 Java多线程

线程与进程

什么是进程?

当一个程序进入内存中运行起来它就变为一个进程。因此,进程就是一个处于运行状态的程序。同时进程具有独立功能,进程是操作系统进行资源分配和调度的独立单位。

什么是线程?

线程是进程的组成部分 通常情况下,一个进程可拥有多个线程,而一个线程只能拥有一个父进程。

线程可以拥有自己的堆栈、自己的程序计数器及自己的局部变量,但是线程不能拥有系统资源,它与其父进程的其他线程共享进程中的全部资源,这其中包括进程的代码段、数据段、堆空间以及一些进程级的资源(例如,打开的文件等)。

线程是进程的执行单元,是CPU调度和分派的基本单位,当进程被初始化之后,主线程就会被创建。同时如果有需要,还可以在程序执行过程中创建出其他线程,这些线程之间也是相互独立的,并且在同一进程中并发执行。因此一个进程中可以包含多个线程,但是至少要包含一个线程,即主线程。

一个进程中的线程

Java中的线程

Java 中使用Thread类表示一个线程。所有的线程对象都必须是Thread或其子类的对象。Thread 类中的 run 方法是该线程的执行代码。让我们来看一个实例:

public class Ticket extends Thread{
// 重写run方法
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println(getName() + ": " + i);
}
}
}
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
// 1.创建线程
Thread thread1 = new Ticket();
Thread thread2 = new Ticket();
// 2.启动线程
thread1.start();
thread2.start();
}
}

运行结果如下:

通过上面的代码和运行结果,我们可以得到:

线程运行的几个特点:

1.同一进程下不同线程的调度不由程序控制。线程的执行是抢占式的,运行的顺序和线程的启动顺序是无关的,当前运行的线程随时都可能被挂起,然后其他进程抢占运行。

2.线程独享自己的堆栈程序计数器和局部变量。两个进程的局部变量互不干扰,各自的执行顺序也是互不干扰。

3.两个线程并发执行。两个线程同时向前推进,并没有说执行完一个后再执行另一个。

start()方法和run()方法:

启动一个线程 必须调用Thread 类的 start()方法,使该线程处于就绪状态,这样该线程就可以被处理器调度。

run()方法是一个线程所关联的执行代码,无论是派生自 Thread类的线程类,还是实现Runnable接口的类,都必须实现run()方法,run()方法里是我们需要线程所执行的代码。

实现多线程必须调用Thread 类的 start()方法来启动线程,使线程处于就绪状态随时供CPU调度。如果直接调用run()方法的话,只是调用了Thread类的一个普通方法,会立即执行该方法中的代码,并没有实现多线程技术。

Java中多线程的实现方法

在Java中有三种方法实现多线程。

第一种方法:使用Thread类或者使用一个派生自Thread 类的类构建一个线程。

第二种方法:实现Runnable 接口来构建一个线程。(推荐使用)

第三种方法:实现Callable 接口来构建一个线程。(有返回值)

第一种方法

使用Thread类或者使用一个派生自Thread 类的类构建一个线程。

public class Ticket extends Thread{
// 重写run方法
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println(getName() + ": " + i);
}
}
}
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
// 1.创建线程
Thread thread1 = new Ticket();
Thread thread2 = new Ticket();
// 2.启动线程
thread1.start();
thread2.start();
}
}

看上面的代码,我们创建了一个Ticket类,它继承了Thread类,重写了Thread类的run方法。然后我们用Ticket类创建了两个线程,并且启动了它们。我们不推荐使用这种方法,因为一个类继承了Thread类,那它就没有办法继承其他类了,这对较为复杂的程序开发是不利的。

第二种方法

实现Runnable 接口来构建一个线程。

public class Ticket implements Runnable{
// 重写run方法
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
// 1.创建线程
Ticket t1 = new Ticket();
Ticket t2 = new Ticket();
Thread thread1 = new Thread(t1, "买票1号");
Thread thread2 = new Thread(t2, "买票2号");
// 2.启动线程
thread1.start();
thread2.start();
}
}

我们创建了一个Ticket类,实现了Runnable接口,在该类中实现了run方法。在启动线程前,我们要创建一个线程对象,不同的是我们要将一个实现了Runnable接口的类的对象作为Thread类构造方法的参数传入,以构建线程对象。构造方法Thread的第二个参数用来指定该线程的名字,通过Thread.currentThread().getName()可获取当前线程的名字。

在真实的项目开发中,推荐使用实现Runnable接口的方法进行多线程编程。因为这样既可以实现一个线程的功能,又可以更好地复用其他类的属性和方法。

第三种方法

实现Callable 接口来构建一个线程。

public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
// 1.创建Callable的实例
Callable<String> callable = new Callable<String>() {
@Override
public String call() throws Exception {
Thread.sleep(7000);
return "我结束了";
}
};
// 2.通过FutureTask接口的实例包装Callable的实例
FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(callable);
// 3.创建线程并启动
new Thread(futureTask).start();
// 4.获得结果并打印
try {
System.out.println(futureTask.get());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

首先我们用匿名内部类创建了一个实现Callable接口的类的对象,然后通过FutureTask 的实例包装了Callable的实例,这样我们就可以通过一个Thread 对象在新线程中执行call()方法,同时又可以通过get方法获取到call()的返回值。然后创建线程并启动它,最后在线程执行完执行完call()方法后得到返回值并打印。

我们来看一下Callable的源码:

public interface Callable<V> {
/**
* Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
*
* @return computed result
* @throws Exception if unable to compute a result
*/
V call() throws Exception;
}

从Callable 的定义可以看出,Callable接口是一个泛型接口,它定义的call()方法类似于Runnable 的run()方法,是线程所关联的执行代码。但是与run()方法不同的是,call()方法具有返回值,并且泛型接口的参数V指定了call()方法的返回值类型。同时,如果call()方法得不到返回值将会抛出一个异常,而在Runnable的run()方法中不能抛出异常。

如何获得call()方法的返回值呢?

通过Future接口来获取。Future接口定义了一组对 Runnable 或者Callable 任务的执行结果进行取消、查询、获取、设置的操作。其中get方法用于获取call()的返回值,它会发生阻塞,直到call()返回结果。

这样的线程调用与直接同步调用函数有什么差异呢?

在上面的例子中,通过future.get()获取 call()的返回值时,由于call方法中会 sleep 7s,所以在执行future.get()的时候主线程会被阻塞而什么都不做,等待call()执行完并得到返回值。但是这与直接调用函数获取返回值还是有本质区别的。

因为call()方法是运行在其他线程里的,在这个过程中主线程并没有被阻塞,还是可以做其他事情的,除非执行future.get()去获取 call()的返回值时主线程才会被阻塞。所以当调用了Thread.start()方法启动 Callable 线程后主线程可以执行别的工作,当需要call()的返回值时再去调用future.get()获取,此时call()方法可能早已执行完毕,这样就可以既确保耗时操作在工作线程中完成而不阻挡主线程,又可以得到线程执行结果的返回值。而直接调用函数获取返回值是一个同步操作,该函数本身就是运行在主线程中,所以一旦函数中有耗时操作,必然会阻挡主线程。

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