线程-1、创建线程的方式及实现

2024-03-05 18:14:37

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。Java可以用四种方式来创建线程，如下所示：

1）继承Thread类创建线程

2）实现Runnable接口创建线程

3）使用Callable和Future创建线程

4）使用线程池例如用Executor框架

下面让我们分别来看看这四种创建线程的方法。

------------------------继承Thread类创建线程---------------------

通过继承Thread类来创建并启动多线程的一般步骤如下

1】d定义Thread类的子类，并重写该类的run()方法，该方法的方法体就是线程需要完成的任务，run()方法也称为线程执行体。

2】创建Thread子类的实例，也就是创建了线程对象

3】启动线程，即调用线程的start()方法

代码实例

public class MyThread extends Thread{//继承Thread类

　　public void run(){

　　//重写run方法

　　}

public class Main {

　　public static void main(String[] args){

　　　　new MyThread().start();//创建并启动线程

　　}

------------------------实现Runnable接口创建线程---------------------

通过实现Runnable接口创建并启动线程一般步骤如下：

1】定义Runnable接口的实现类，一样要重写run()方法，这个run（）方法和Thread中的run()方法一样是线程的执行体

2】创建Runnable实现类的实例，并用这个实例作为Thread的target来创建Thread对象，这个Thread对象才是真正的线程对象

3】第三部依然是通过调用线程对象的start()方法来启动线程

代码实例：

public class MyThread2 implements Runnable {//实现Runnable接口

　　public void run(){

　　//重写run方法

　　}

public class Main {

　　public static void main(String[] args){

　　　　//创建并启动线程

　　　　MyThread2 myThread=new MyThread2();

　　　　Thread thread=new Thread(myThread);

　　　　thread().start();

　　　　//或者 new Thread(new MyThread2()).start();

　　}

------------------------使用Callable和Future创建线程---------------------

和Runnable接口不一样，Callable接口提供了一个call（）方法作为线程执行体，call()方法比run()方法功能要强大。

》call()方法可以有返回值

》call()方法可以声明抛出异常

Java5提供了Future接口来代表Callable接口里call()方法的返回值，并且为Future接口提供了一个实现类FutureTask，这个实现类既实现了Future接口，还实现了Runnable接口，因此可以作为Thread类的target。在Future接口里定义了几个公共方法来控制它关联的Callable任务。

>boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)：视图取消该Future里面关联的Callable任务

>V get()：返回Callable里call（）方法的返回值，调用这个方法会导致程序阻塞，必须等到子线程结束后才会得到返回值

>V get(long timeout,TimeUnit unit)：返回Callable里call（）方法的返回值，最多阻塞timeout时间，经过指定时间没有返回抛出TimeoutException

>boolean isDone()：若Callable任务完成，返回True

>boolean isCancelled()：如果在Callable任务正常完成前被取消，返回True

介绍了相关的概念之后，创建并启动有返回值的线程的步骤如下：

1】创建Callable接口的实现类，并实现call()方法，然后创建该实现类的实例（从java8开始可以直接使用Lambda表达式创建Callable对象）。

2】使用FutureTask类来包装Callable对象，该FutureTask对象封装了Callable对象的call()方法的返回值

3】使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建并启动线程（因为FutureTask实现了Runnable接口）

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

代码实例：

public class Main {

　　public static void main(String[] args){

　　　MyThread3 th=new MyThread3();

　　　//使用Lambda表达式创建Callable对象

　　 //使用FutureTask类来包装Callable对象

　　　FutureTask<Integer> future=new FutureTask<Integer>(

　　　　(Callable<Integer>)()->{

　　　　　　return 5;

　　　　}

　　 );

　　　new Thread(task,"有返回值的线程").start();//实质上还是以Callable对象来创建并启动线程

　　 try{

　　　　System.out.println("子线程的返回值："+future.get());//get()方法会阻塞，直到子线程执行结束才返回

　　 }catch(Exception e){

　　　　ex.printStackTrace();

　　　}

------------------------使用线程池例如用Executor框架---------------------

1.5后引入的Executor框架的最大优点是把任务的提交和执行解耦。要执行任务的人只需把Task描述清楚，然后提交即可。这个Task是怎么被执行的，被谁执行的，什么时候执行的，提交的人就不用关心了。具体点讲，提交一个Callable对象给ExecutorService（如最常用的线程池ThreadPoolExecutor），将得到一个Future对象，调用Future对象的get方法等待执行结果就好了。Executor框架的内部使用了线程池机制，它在java.util.cocurrent 包下，通过该框架来控制线程的启动、执行和关闭，可以简化并发编程的操作。因此，在Java 5之后，通过Executor来启动线程比使用Thread的start方法更好，除了更易管理，效率更好（用线程池实现，节约开销）外，还有关键的一点：有助于避免this逃逸问题——如果我们在构造器中启动一个线程，因为另一个任务可能会在构造器结束之前开始执行，此时可能会访问到初始化了一半的对象用Executor在构造器中。

Executor框架包括：线程池，Executor，Executors，ExecutorService，CompletionService，Future，Callable等。

Executor接口中之定义了一个方法execute（Runnable command），该方法接收一个Runable实例，它用来执行一个任务，任务即一个实现了Runnable接口的类。ExecutorService接口继承自Executor接口，它提供了更丰富的实现多线程的方法，比如，ExecutorService提供了关闭自己的方法，以及可为跟踪一个或多个异步任务执行状况而生成 Future 的方法。可以调用ExecutorService的shutdown（）方法来平滑地关闭 ExecutorService，调用该方法后，将导致ExecutorService停止接受任何新的任务且等待已经提交的任务执行完成(已经提交的任务会分两类：一类是已经在执行的，另一类是还没有开始执行的)，当所有已经提交的任务执行完毕后将会关闭ExecutorService。因此我们一般用该接口来实现和管理多线程。

ExecutorService的生命周期包括三种状态：运行、关闭、终止。创建后便进入运行状态，当调用了shutdown（）方法时，便进入关闭状态，此时意味着ExecutorService不再接受新的任务，但它还在执行已经提交了的任务，当素有已经提交了的任务执行完后，便到达终止状态。如果不调用shutdown（）方法，ExecutorService会一直处在运行状态，不断接收新的任务，执行新的任务，服务器端一般不需要关闭它，保持一直运行即可。

Executors提供了一系列工厂方法用于创先线程池，返回的线程池都实现了ExecutorService接口。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)

创建固定数目线程的线程池。

public static ExecutorService newCachedThreadPool()

创建一个可缓存的线程池，调用execute将重用以前构造的线程（如果线程可用）。如果现有线程没有可用的，则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()

创建一个单线程化的Executor。

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)

创建一个支持定时及周期性的任务执行的线程池，多数情况下可用来替代Timer类。

这四种方法都是用的Executors中的ThreadFactory建立的线程，下面就以上四个方法做个比较

newCachedThreadPool()
-缓存型池子，先查看池中有没有以前建立的线程，如果有，就 reuse.如果没有，就建一个新的线程加入池中
-缓存型池子通常用于执行一些生存期很短的异步型任务
因此在一些面向连接的daemon型SERVER中用得不多。但对于生存期短的异步任务，它是Executor的首选。
-能reuse的线程，必须是timeout IDLE内的池中线程，缺省 timeout是60s,超过这个IDLE时长，线程实例将被终止及移出池。
注意，放入CachedThreadPool的线程不必担心其结束，超过TIMEOUT不活动，其会自动被终止。

newFixedThreadPool(int)
-newFixedThreadPool与cacheThreadPool差不多，也是能reuse就用，但不能随时建新的线程
-其独特之处:任意时间点，最多只能有固定数目的活动线程存在，此时如果有新的线程要建立，只能放在另外的队列中等待，直到当前的线程中某个线程终止直接被移出池子
-和cacheThreadPool不同，FixedThreadPool没有IDLE机制（可能也有，但既然文档没提，肯定非常长，类似依赖上层的TCP或UDP IDLE机制之类的），所以FixedThreadPool多数针对一些很稳定很固定的正规并发线程，多用于服务器
-从方法的源代码看，cache池和fixed 池调用的是同一个底层池，只不过参数不同:
fixed池线程数固定，并且是0秒IDLE（无IDLE）
cache池线程数支持0-Integer.MAX_VALUE(显然完全没考虑主机的资源承受能力），60秒IDLE

newScheduledThreadPool(int)
-调度型线程池
-这个池子里的线程可以按schedule依次delay执行，或周期执行

SingleThreadExecutor()
-单例线程，任意时间池中只能有一个线程
-用的是和cache池和fixed池相同的底层池，但线程数目是1-1,0秒IDLE（无IDLE）

一般来说，CachedTheadPool在程序执行过程中通常会创建与所需数量相同的线程，然后在它回收旧线程时停止创建新线程，因此它是合理的Executor的首选，只有当这种方式会引发问题时（比如需要大量长时间面向连接的线程时），才需要考虑用FixedThreadPool。（该段话摘自《Thinking in Java》第四版）

Executor执行Runnable任务
通过Executors的以上四个静态工厂方法获得 ExecutorService实例，而后调用该实例的execute（Runnable command）方法即可。一旦Runnable任务传递到execute（）方法，该方法便会自动在一个线程上

[java] view pl

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class TestCachedThreadPool{
public static void main(String[] args){
ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
// ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
// ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
for (int i = 0; i < 5; i++){
executorService.execute(new TestRunnable());
System.out.println("************* a" + i + " *************");
}
executorService.shutdown();
}
}

class TestRunnable implements Runnable{
public void run(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程被调用了。");
}
}

某次执行后的结果如下：

从结果中可以看出，pool-1-thread-1和pool-1-thread-2均被调用了两次，这是随机的，execute会首先在线程池中选择一个已有空闲线程来执行任务，如果线程池中没有空闲线程，它便会创建一个新的线程来执行任务。

Executor执行Callable任务
在Java 5之后，任务分两类：一类是实现了Runnable接口的类，一类是实现了Callable接口的类。两者都可以被ExecutorService执行，但是Runnable任务没有返回值，而Callable任务有返回值。并且Callable的call()方法只能通过ExecutorService的submit(Callable<T> task) 方法来执行，并且返回一个 <T>Future<T>，是表示任务等待完成的 Future。

Callable接口类似于Runnable，两者都是为那些其实例可能被另一个线程执行的类设计的。但是 Runnable 不会返回结果，并且无法抛出经过检查的异常而Callable又返回结果，而且当获取返回结果时可能会抛出异常。Callable中的call()方法类似Runnable的run()方法，区别同样是有返回值，后者没有。

当将一个Callable的对象传递给ExecutorService的submit方法，则该call方法自动在一个线程上执行，并且会返回执行结果Future对象。同样，将Runnable的对象传递给ExecutorService的submit方法，则该run方法自动在一个线程上执行，并且会返回执行结果Future对象，但是在该Future对象上调用get方法，将返回null。

下面给出一个Executor执行Callable任务的示例代码：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;

public class CallableDemo{
public static void main(String[] args){
ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
List<Future<String>> resultList = new ArrayList<Future<String>>();

//创建10个任务并执行
for (int i = 0; i < 10; i++){
//使用ExecutorService执行Callable类型的任务，并将结果保存在future变量中
Future<String> future = executorService.submit(new TaskWithResult(i));
//将任务执行结果存储到List中
resultList.add(future);
}

//遍历任务的结果
for (Future<String> fs : resultList){
try{
while(!fs.isDone);//Future返回如果没有完成，则一直循环等待，直到Future返回完成
System.out.println(fs.get()); //打印各个线程（任务）执行的结果
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}catch(ExecutionException e){
e.printStackTrace();
}finally{
//启动一次顺序关闭，执行以前提交的任务，但不接受新任务
executorService.shutdown();
}
}
}
}

class TaskWithResult implements Callable<String>{
private int id;

public TaskWithResult(int id){
this.id = id;
}

/**
* 任务的具体过程，一旦任务传给ExecutorService的submit方法，
* 则该方法自动在一个线程上执行
*/
public String call() throws Exception {
System.out.println("call()方法被自动调用！！！ " + Thread.currentThread().getName());
//该返回结果将被Future的get方法得到
return "call()方法被自动调用，任务返回的结果是：" + id + " " + Thread.currentThread().getName();
}
}

某次执行结果如下：

从结果中可以同样可以看出，submit也是首先选择空闲线程来执行任务，如果没有，才会创建新的线程来执行任务。另外，需要注意：如果Future的返回尚未完成，则get（）方法会阻塞等待，直到Future完成返回，可以通过调用isDone（）方法判断Future是否完成了返回。

自定义线程池
自定义线程池，可以用ThreadPoolExecutor类创建，它有多个构造方法来创建线程池，用该类很容易实现自定义的线程池，这里先贴上示例程序：

] view plai

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ThreadPoolTest{
public static void main(String[] args){
//创建等待队列
BlockingQueue<Runnable> bqueue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(20);
//创建线程池，池中保存的线程数为3，允许的最大线程数为5
ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(3,5,50,TimeUnit.MILLISECONDS,bqueue);
//创建七个任务
Runnable t1 = new MyThread();
Runnable t2 = new MyThread();
Runnable t3 = new MyThread();
Runnable t4 = new MyThread();
Runnable t5 = new MyThread();
Runnable t6 = new MyThread();
Runnable t7 = new MyThread();
//每个任务会在一个线程上执行
pool.execute(t1);
pool.execute(t2);
pool.execute(t3);
pool.execute(t4);
pool.execute(t5);
pool.execute(t6);
pool.execute(t7);
//关闭线程池
pool.shutdown();
}
}

class MyThread implements Runnable{
@Override
public void run(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在执行。。。");
try{
Thread.sleep(100);
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}

copy

运行结果如下：

从结果中可以看出，七个任务是在线程池的三个线程上执行的。这里简要说明下用到的ThreadPoolExecuror类的构造方法中各个参数的含义。

public ThreadPoolExecutor (int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue)

corePoolSize：线程池中所保存的线程数，包括空闲线程。

maximumPoolSize：池中允许的最大线程数。

keepAliveTime：当线程数大于核心数时，该参数为所有的任务终止前，多余的空闲线程等待新任务的最长时间。

unit：等待时间的单位。

workQueue：任务执行前保存任务的队列，仅保存由execute方法提交的Runnable任务。

--------------------------------------四种创建线程方法对比--------------------------------------

实现Runnable和实现Callable接口的方式基本相同，不过是后者执行call()方法有返回值，后者线程执行体run()方法无返回值，因此可以把这两种方式归为一种这种方式与继承Thread类的方法之间的差别如下：

1、线程只是实现Runnable或实现Callable接口，还可以继承其他类。

2、这种方式下，多个线程可以共享一个target对象，非常适合多线程处理同一份资源的情形。

3、但是编程稍微复杂，如果需要访问当前线程，必须调用Thread.currentThread()方法。

4、继承Thread类的线程类不能再继承其他父类（Java单继承决定）。

5、前三种的线程如果创建关闭频繁会消耗系统资源影响性能，而使用线程池可以不用线程的时候放回线程池，用的时候再从线程池取，项目开发中主要使用线程池

注：在前三种中一般推荐采用实现接口的方式来创建多线程

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