Java多线程学习(二)---线程创建方式

2022-11-13 18:19:54

线程创建方式

摘要：

1. 通过继承Thread类来创建并启动多线程的方式

2. 通过实现Runnable接口来创建并启动线程的方式

3. 通过实现Callable接口来创建并启动线程的方式

4. 总结Java中创建线程的方式，比较各自优势和区别

一、继承Thread类创建线程类

1.1 继承Thread类创建线程步骤

Java使用Thread类代表线程，所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。每个线程的作用是完成一定的任务，实际上就是执行一段程序流即一段顺序执行的代码。Java使用线程执行体来代表这段程序流。Java中通过继承Thread类来创建并启动多线程的步骤如下：

01. 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需要完成的任务

因此把run()方法称为线程执行体

02. 创建Thread子类的实例，即创建了线程对象

03. 调用线程对象的start()方法来启动该线程

1.2 继承Thread类创建线程示例

下面程序示范了通过继承Thread类来创建并启动多线程：

  1. // 通过继承Thread类来创建线程类
  2. public class MyThreadTest extends Thread {
  3.     private int i;
  4.     // 重写run方法，run方法的方法体就是线程执行体
  5.     public void run() {
  6.         for (; i < 100; i++) {
  7.             // 当线程类继承Thread类时，直接使用this即可获取当前线程
  8.             // Thread对象的getName()返回当前该线程的名字
  9.             // 因此可以直接调用getName()方法返回当前线程的名
  10.             System.out.println(getName() + "" + i);
  11.         }
  12.     }
  13.     public static void main(String[] args) {
  14.         for (int i = 0; i < 100; i++) {
  15.             // 调用Thread的currentThread方法获取当前线程
  16.             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "" + i);
  17.             if (i == 20) {
  18.                 // 创建、并启动第一条线程
  19.                 new MyThreadTest().start();
  20.                 // 创建、并启动第二条线程
  21.                 new MyThreadTest().start();
  22.             }
  23.         }
  24.     }
  25. }

运行部分结果：

Java多线程学习(二)---线程创建方式

虽然上面程序只显式地创建并启动了2个线程，但实际上程序有3个线程，即程序显式创建的2个子线程和1个主线程。前面已经提到，当Java程序开始运行后，程序至少会创建一个主线程，主线程的线程执行体不是由run()方法确定的，而是由main()方法确定的，main()方法的方法体代表主线程的线程执行体。

该程序无论被执行多少次输出的记录数是一定的，一共是300条记录。主线程会执行for循环打印100条记录，两个子线程分别打印100条记录，一共300条记录。因为i变量是MyThreadTest的实例属性，而不是局部变量，但因为程序每次创建线程对象时都需要创建一个MyThreadTest对象，所以Thread-0和Thread-1不能共享该实例属性，所以每个线程都将执行100次循环。

二、实现Runnable接口创建线程类

2.1 实现Runnable接口创建线程步骤

实现Runnable接口来创建并启动多线程的步骤如下：

01. 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

02. 创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象

03. 调用线程对象的start()方法来启动线程

需要注意的是：Runnable对象仅仅作为Thread对象的target，Runnable实现类里包含的run()方法仅作为线程执行体。而实际的线程对象依然是Thread实例，只是该Thread线程负责执行其target的run()方法。

2.2实现Runnable接口创建线程示例

下面程序示范了通过实现Runnable接口创建线程步骤：

  1. public class MyRunnableTest implements Runnable {
  2.     private int i;
  3.     void print(){
  4.          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "" + i);
  5.     }
  6.     // run方法同样是线程执行体
  7.     public void run() {
  8.         for (; i < 100; i++) {
  9.             // 当线程类实现Runnable接口时，
  10.             // 如果想获取当前线程，只能用Thread.currentThread()方法。
  11.             print();
  12.         }
  13.     }
  14.     public static void main(String[] args) {
  15.         for (int i = 0; i < 100; i++) {
  16.             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "" + i);
  17.             if (i == 20) {
  18.                 MyRunnableTest st = new MyRunnableTest();
  19.                 // 通过new Thread(target , name)方法创建新线程
  20.                 new Thread(st, "新线程-1").start();
  21.                 new Thread(st, "新线程-2").start();
  22.             }
  23.         }
  24.     }
  25. }

运行部分结果：

Java多线程学习(二)---线程创建方式

从该运行结果中我们可以看出，控制台上输出的内容是乱序的，而且每次结果不尽相同。这是因为：

01. 在这种方式下，程序所创建的Runnable对象只是线程的target，而多个线程可以共享同一个target。

02. 所以多个线程可以共享同一个线程类即线程的target类的实例属性。

03. 往控制台窗口print()输出的过程并不是多线程安全的，在一个线程输出过程中另一个线程也可以输出。

为能够保证顺序输出，我们可以对打印方法设置Synchronized，让每次只能有一个进程能够访问打印，代码如下：

  1. public class MyRunnableTest implements Runnable {
  2.     private int i;
  3.     synchronized void print(){
  4.          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "" + i);
  5.     }
  6.     // run方法同样是线程执行体
  7.     public void run() {
  8.         for (; i < 100; i++) {
  9.             // 当线程类实现Runnable接口时，
  10.             // 如果想获取当前线程，只能用Thread.currentThread()方法。
  11.             print();
  12.         }
  13.     }
  14.     public static void main(String[] args) {
  15.         for (int i = 0; i < 100; i++) {
  16.             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "" + i);
  17.             if (i == 20) {
  18.                 MyRunnableTest st = new MyRunnableTest();
  19.                 // 通过new Thread(target , name)方法创建新线程
  20.                 new Thread(st, "新线程-1").start();
  21.                 new Thread(st, "新线程-2").start();
  22.             }
  23.         }
  24.     }
  25. }

运行结果：

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该运行结果，更加明显的证明了，在这种方式下，多个线程共享了tartget类实例的属性

三、使用Callable和Future创建线程

3.1 Callable和Future接口概述

3.1.1 callable接口概述

也许受此启发，从Java 5开始，Java提供了Callable接口，该接口怎么看都像是Runnable接口的增强版，Callable接口提供了一个call()方法可以作为线程执行体，但call()方法比run()方法功能更强大。

01. call()方法可以有返回值

02. call()方法可以声明抛出异常

因此我们完全可以提供一个Callable对象作为Thread的target，而该线程的线程执行体就是该Callable对象的call()方法。问题是：Callable接口是Java 5新增的接口，而且它不是Runnable接口的子接口，所以Callable对象不能直接作为Thread的target。而且call()方法还有一 个返回值-----call()方法并不是直接调用，它是作为线程执行体被调用的。那么如何获取call()方法的返回值呢？

3.1.2 Future接口概述

Java 5提供了Future接口来代表Callable接口里call()方法的返回值，并为Future接口提供了一个FutureTask实现类，该实现类实现了Future接口和Runnable接口可以作为Thread类的target。在Future接口里定义了如下几个公共方法来控制它关联的Callable任务：

1. boolcan cancel(boolean maylnterruptltRunning)：试图取消该Future里关联的Callable任务

2. V get()：返回Callable任务里call()方法的返回值。调用该方法将导致程序阻塞，必须等到子线程结束后才会得到返回值

3. V get(long timeout，TimeUnit unit)：返回Callable任务里call()方法的返回值。

该方法让程序最多阻塞timeout和unit指定的时间，如果经过指定时间后Callable任务依然没有返回值，

将会抛出TimeoutExccption异常

4. boolean isCancelled()：如果在Callable任务正常完成前被取消，则返回true

5. boolean isDone()：妇果Callable任务已完成，则返回true

注意：Callable接口有泛型限制，Callable接口里的泛型形参类型与call()方法返回值类型相同。

3.1.3 创建并启动有返回值的线程的步骤

01. 创建Callable接口的实现类，并实现call()方法，该cal()方法将作为线程执行体，且该call()方法有返回值

02. 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

03. 使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建并启动新线程

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

3.2使用Callable和Future创建线程示例

下面程序示范了通过实现Callable接口创建线程步骤：

  1. public class MyCallableTest implements Callable<Integer>{
  2.     // 实现call方法，作为线程执行体
  3.     public Integer call(){
  4.         int i = 0;
  5.         for ( ; i < 100 ; i++ ){
  6.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "\t" + i);
  7.         }
  8.         // call()方法可以有返回值
  9.         return i;
  10.     }
  11.     public static void main(String[] args) {
  12.         // 创建Callable对象
  13.         MyCallableTest myCallableTest = new MyCallableTest();
  14.         // 使用FutureTask来包装Callable对象
  15.         FutureTask<Integer> task = new FutureTask<Integer>(myCallableTest);
  16.         for (int i = 0 ; i < 100 ; i++){
  17.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " \t" + i);
  18.             if (i == 20){
  19.                 // 实质还是以Callable对象来创建、并启动线程
  20.                 new Thread(task , "callable").start();
  21.             }
  22.         }
  23.         try{
  24.             // 获取线程返回值
  25.             System.out.println("callable返回值：" + task.get());
  26.         }
  27.         catch (Exception ex){
  28.             ex.printStackTrace();
  29.         }
  30.     }
  31. }

运行上面程序，将看到主线程和call()方法所代表的线程交替执行的情形，程序最后还会输出call()方法的返回值：

Java多线程学习(二)---线程创建方式

上面程序中创建Callable实现类与创建Runnable实现类并没有太大的差别，只是Callable的call()方法允许声明抛出异常， 而且允许带返回值。当主线程中当循环变量i等于20时，程序启动以FutureTask对象为target的线程。程序最后调用FutureTask对象 的get()方法来返回call()方法的返回值——该方法将导致主线程被阻塞，直到call()方法结束并返回为止。

四、总结

通过以下三种途径可以实现多线程：

01. 继承Thread类

02. 实现Runnable接口

03. 实现Callable接口

不过实现Runnable接口与实现Callable接口的方式基本相同，只是Callable接口里定义的方法有返回值，可以声明抛出异常而已。 因此可以将实现Runnable接口和实现Callable接口归为一种方式。这种方式与继承Thread方式之间的主要差别如下。

(1) 采用实现Runnable、Callable接口的方式创建多线程

线程类只是实现了Runnable接口或Callable接口，还可以继承其他类。

在这种方式下，多个线程可以共享同一个target对象，所以非常适合多个相同线程来处理同一份资源的情况，从而可以将CPU、代码和数据分开，形成清晰的模型，较好地体现了面向对象的思想。

劣势：编程稍稍复杂，如果需要访问当前线程，则必须使用Thread.currentThread()方法。

(2) 采用继承Thread类的方式创建多线程

劣势：因为线程类已经继承了Thread类，所以不能再继承其他父类

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