一篇学会Java多线程之线程-java多线程有几种实现方法

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我们在学习软件开发时，多线程，高并发是一个必不可少的知识点，也是在面试时必会问到的内容，为了让大家对多线程，高并发编程有个清晰认识，特地组织了一个专栏来专门介绍一下，希望能对大家有一些帮助。

线程简介

线程是程序运行的基本执行单元。当操作系统(不包括单线程的操作系统，如微软早期的DOS)在执行一个程序时，会在系统中建立一个进程，而在这个进程中，必须至少建立一个线程(这个线程被称为主线程)来作为这个程序运行的入口点。因此，在操作系统中运行的任何程序都至少有一个主线程。

进程和线程是现代操作系统中两个必不可少的运行模型。在操作系统中可以有多个进程，这些进程包括系统进程(由操作系统内部建立的进程)和用户进程(由用户程序建立的进程);一个进程中可以有一个或多个线程。进程和进程之间不共享内存，也就是说系统中的进程是在各自独立的内存空间中运行的。而一个进程中的线可以共享系统分派给这个进程的内存空间。

在进一步介绍之前，我们先来了解一些基本概念，以帮助大家更快速的理解。

基本概念

进程

进程是操作系统中正在执行的不同的应用程序，例如：我们可以同时打开微信和QQ，甚至更多的程序。

在操作系统中运行的程序就是进程，进程就是执行程序的一次执行过程，它是一个动态的概念式系统资源分配的单位

通常在一个进程中可以包含若干个线程，当然一个进程中至少有一个线程，不然没有存在的意义，线程是CPU调度和执行的单位

线程

线程是一个应用程序进程中不同的执行路径，例如：我们的WEB服务器，能够为多个用户同时提供请求服务。

进程是不活泼的，进程从来不执行任何东西，它只是线程的容器。线程总是在某个进程环境中创建的，而且它的整个生命周期都在该进程中。

在一个进程中，如果创建了多个线程，线程的运行是由调度器安排调度的，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序是不能人为干预的

多线程

多线程拥有多条执行路径，「主线程与子线程并行交替执行」(普通方法只有主线程一条路径)，对同一份资源操作时，会存在资源抢夺的问题，这时就需要加入并发控制了。

一个Java应用程序，至少有三个线程: main()主线程， gc()垃圾回收线程，异常处理线程。当然如果发生异常，会影响主线程。

多线程程序的优点:

提高应用程序的响应。对图形化界面更有意义，可增强用户体验。同时做多个事情。比如：一边听歌、一边写代码。
提高计算机系统CPU的利用率。不过线程也会带来额外的开销，如CPU调度时间，并发控制带来的系统开销。
改善程序结构。将既长又复杂的进程分为多个线程，独立运行，利于理解和修改。

何时需要多线程?

程序需要同时执行两个或多个任务。

需要一些后台运行的程序时，比如:Java后台运行的GC线程。

创建线程

Java中创建线程有四种方式，我们下面依次介绍一下。

1、继承 Thread 类

(1)定义Thread类的子类，并重写该类的run方法，该run方法的方法体就代表了线程要完成的任务。因此把run()方法称为执行体。

(2)创建Thread子类的实例对象，即创建了一个线程对象。

(3)调用该线程对象的start()方法来启动该线程。

示例代码：

public class MyThread extends Thread { 
 
    // 总票数 
    public int count = 10; 
 
    @Override 
    public void run() { 
        // 当还有票时就继续售卖 
        while (count > 0) { 
            // 剩余票数 
            count--; 
            System.out.println( 
                    Thread.currentThread().getName() + "售卖第 " + (10 - count) + " 张票,当前剩余票数: " + count); 
        } 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        MyThread myThread = new MyThread(); 
        myThread.start(); 
    } 
}

2、实现Runnable接口

(1)定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法，该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。

(2)创建 Runnable实现类的实例对象，并将该实例作为Thread的target来创建一个Thread对象，该Thread对象才是真正的线程运行对象。

(3)调用该线程对象的start()方法来启动线程。

示例代码：

public class MyRunableThread implements Runnable { 
 
    // 总票数 
    public int count = 10; 
 
    @Override 
    public void run() { 
        // 当还有票时就继续售卖 
        while (count > 0) { 
            // 剩余票数 
            count--; 
            System.out.println( 
                    Thread.currentThread().getName() + "售卖第 " + (10 - count) + " 张票,当前剩余票数: " + count); 
        } 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        MyRunableThread myRunableThread = new MyRunableThread(); 
        Thread myThread = new Thread(myRunableThread); 
        myThread.start(); 
    } 
}

「Thread 和 Runnable 的区别」

上述两种方法是大家最常见到的两种创建线程的方法，也常常会被问到两种方式创建线程的区别，下面简单总结了一下：

「继承 Thread 类」

子类继承 Thread 类具备多线程能力

启动线程：子类线程对象调用 .start()方法

不建议使用：避免 OOP 单继承局限性

「实现接口 Runnable」

具有多线程能力
启动线程：传入目标对象 + Thread对象调用.start()方法
推荐使用：避免单继承局限性，方便同一个对象被多个线程使用

另外，在使用线程池时只能放入实现Runable或Callable类线程，不能直接放入继承Thread的类

3、实现Callable接口

(1)创建Callable接口的实现类，并实现call()方法，该call()方法将作为线程执行体，并且有返回值。

(2)创建Callable实现类的实例，使用FutureTask类来包装Callable对象，该FutureTask对象封装了该Callable对象的call()方法的返回值。

(3)使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建并启动新线程。

(4)调用FutureTask对象的get()方法来获得子线程执行结束后的返回值。

示例代码：

public class MyCallableThread implements Callable<String> { 
 
    // 总票数 
    private int count = 10; 
 
    @Override 
    public String call() throws Exception { 
        // 当还有票时就继续售卖 
        while (count > 0) { 
            // 剩余票数 
            count--; 
            System.out.println( 
                    Thread.currentThread().getName() + "售卖第 " + (10 - count) + " 张票,当前剩余票数: " + count); 
        } 
        return "票已售完"; 
    } 
 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { 
        Callable<String> callable = new MyCallableThread(); 
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(callable); 
        Thread myThread = new Thread(futureTask); 
        myThread.start(); 
        // 打印返回结果 
        System.out.println(futureTask.get()); 
    } 
}

「Runnable和Callable的区别：」

Callable规定的方法是call()，Runnable规定的方法是run()。

Callable的任务执行后可返回值，而Runnable的任务是不能有返回值。

call方法可以抛出异常，run方法不可以。

4、线程池

Java默认提供了五种线程池，通过Executors创建，分别为：

「newCachedThreadPool」创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
「newFixedThreadPool」创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
「newScheduledThreadPool」创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
「newSingleThreadExecutor」创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。
「newWorkStealingPool」创建一个具有抢占式操作的线程池，由于能够合理的使用CPU进行对任务操作(并行操作)，所以适合使用在很耗时的任务中。

示例代码：

public class MyThreadPool implements Runnable { 
 
    // 总票数 
    public int count = 10; 
 
    @Override 
    public void run() { 
        // 当还有票时就继续售卖 
        while (count > 0) { 
            // 剩余票数 
            count--; 
            System.out.println( 
                    Thread.currentThread().getName() + "售卖第 " + (10 - count) + " 张票,当前剩余票数: " + count); 
        } 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        ExecutorService ex = Executors.newFixedThreadPool(5); 
        MyThreadPool t = new MyThreadPool(); 
        ex.submit(t); 
        ex.shutdown(); 
    } 
}

关于线程池，后续会有单独文章给大家详细介绍。

通过以上的内容，希望大家可以对线程有个初步的认识，相关示例代码，稍后整理后我会上传到GitHub上，也请大家留意我们的后续文章。