一篇學(xué)會Java多線程之線程
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我們在學(xué)習(xí)軟件開發(fā)時，多線程，高并發(fā)是一個必不可少的知識點(diǎn)，也是在面試時必會問到的內(nèi)容，為了讓大家對多線程，高并發(fā)編程有個清晰認(rèn)識，特地組織了一個專欄來專門介紹一下，希望能對大家有一些幫助。
線程簡介
線程是程序運(yùn)行的基本執(zhí)行單元。當(dāng)操作系統(tǒng)(不包括單線程的操作系統(tǒng)，如微軟早期的DOS)在執(zhí)行一個程序時，會在系統(tǒng)中建立一個進(jìn)程，而在這個進(jìn)程中，必須至少建立一個線程(這個線程被稱為主線程)來作為這個程序運(yùn)行的入口點(diǎn)。因此，在操作系統(tǒng)中運(yùn)行的任何程序都至少有一個主線程。
進(jìn)程和線程是現(xiàn)代操作系統(tǒng)中兩個必不可少的運(yùn)行模型。在操作系統(tǒng)中可以有多個進(jìn)程，這些進(jìn)程包括系統(tǒng)進(jìn)程(由操作系統(tǒng)內(nèi)部建立的進(jìn)程)和用戶進(jìn)程(由用戶程序建立的進(jìn)程);一個進(jìn)程中可以有一個或多個線程。進(jìn)程和進(jìn)程之間不共享內(nèi)存，也就是說系統(tǒng)中的進(jìn)程是在各自獨(dú)立的內(nèi)存空間中運(yùn)行的。而一個進(jìn)程中的線可以共享系統(tǒng)分派給這個進(jìn)程的內(nèi)存空間。
在進(jìn)一步介紹之前，我們先來了解一些基本概念，以幫助大家更快速的理解。
基本概念
進(jìn)程
進(jìn)程是操作系統(tǒng)中正在執(zhí)行的不同的應(yīng)用程序，例如：我們可以同時打開微信和QQ，甚至更多的程序。
在操作系統(tǒng)中運(yùn)行的程序就是進(jìn)程，進(jìn)程就是執(zhí)行程序的一次執(zhí)行過程，它是一個動態(tài)的概念式系統(tǒng)資源分配的單位
通常在一個進(jìn)程中可以包含若干個線程，當(dāng)然一個進(jìn)程中至少有一個線程，不然沒有存在的意義，線程是CPU調(diào)度和執(zhí)行的單位
線程
線程是一個應(yīng)用程序進(jìn)程中不同的執(zhí)行路徑，例如：我們的WEB服務(wù)器，能夠為多個用戶同時提供請求服務(wù)。
進(jìn)程是不活潑的，進(jìn)程從來不執(zhí)行任何東西，它只是線程的容器。線程總是在某個進(jìn)程環(huán)境中創(chuàng)建的，而且它的整個生命周期都在該進(jìn)程中。
在一個進(jìn)程中，如果創(chuàng)建了多個線程，線程的運(yùn)行是由調(diào)度器安排調(diào)度的，調(diào)度器是與操作系統(tǒng)緊密相關(guān)的，先后順序是不能人為干預(yù)的
多線程
多線程擁有多條執(zhí)行路徑，「主線程與子線程并行交替執(zhí)行」(普通方法只有主線程一條路徑)，對同一份資源操作時，會存在資源搶奪的問題，這時就需要加入并發(fā)控制了。
一個Java應(yīng)用程序，至少有三個線程: main()主線程， gc()垃圾回收線程，異常處理線程。當(dāng)然如果發(fā)生異常，會影響主線程。
多線程程序的優(yōu)點(diǎn):
- 提高應(yīng)用程序的響應(yīng)。對圖形化界面更有意義，可增強(qiáng)用戶體驗。同時做多個事情。比如：一邊聽歌、一邊寫代碼。
- 提高計算機(jī)系統(tǒng)CPU的利用率。不過線程也會帶來額外的開銷，如CPU調(diào)度時間，并發(fā)控制帶來的系統(tǒng)開銷。
- 改善程序結(jié)構(gòu)。將既長又復(fù)雜的進(jìn)程分為多個線程，獨(dú)立運(yùn)行，利于理解和修改。
何時需要多線程?
程序需要同時執(zhí)行兩個或多個任務(wù)。
需要一些后臺運(yùn)行的程序時，比如:Java后臺運(yùn)行的GC線程。
創(chuàng)建線程
Java中創(chuàng)建線程有四種方式，我們下面依次介紹一下。
1、繼承 Thread 類
(1)定義Thread類的子類，并重寫該類的run方法，該run方法的方法體就代表了線程要完成的任務(wù)。因此把run()方法稱為執(zhí)行體。
(2)創(chuàng)建Thread子類的實例對象，即創(chuàng)建了一個線程對象。
(3)調(diào)用該線程對象的start()方法來啟動該線程。
示例代碼：
- public class MyThread extends Thread {
- // 總票數(shù)
- public int count = 10;
- @Override
- public void run() {
- // 當(dāng)還有票時就繼續(xù)售賣
- while (count > 0) {
- // 剩余票數(shù)
- count--;
- System.out.println(
- Thread.currentThread().getName() + "售賣第 " + (10 - count) + " 張票,當(dāng)前剩余票數(shù): " + count);
- }
- }
- public static void main(String[] args) {
- MyThread myThread = new MyThread();
- myThread.start();
- }
- }
2、實現(xiàn)Runnable接口
(1)定義Runnable接口的實現(xiàn)類，并重寫該接口的run()方法，該run()方法的方法體同樣是該線程的線程執(zhí)行體。
(2)創(chuàng)建 Runnable實現(xiàn)類的實例對象，并將該實例作為Thread的target來創(chuàng)建一個Thread對象，該Thread對象才是真正的線程運(yùn)行對象。
(3)調(diào)用該線程對象的start()方法來啟動線程。
示例代碼：
- public class MyRunableThread implements Runnable {
- // 總票數(shù)
- public int count = 10;
- @Override
- public void run() {
- // 當(dāng)還有票時就繼續(xù)售賣
- while (count > 0) {
- // 剩余票數(shù)
- count--;
- System.out.println(
- Thread.currentThread().getName() + "售賣第 " + (10 - count) + " 張票,當(dāng)前剩余票數(shù): " + count);
- }
- }
- public static void main(String[] args) {
- MyRunableThread myRunableThread = new MyRunableThread();
- Thread myThread = new Thread(myRunableThread);
- myThread.start();
- }
- }
「Thread 和 Runnable 的區(qū)別」
上述兩種方法是大家最常見到的兩種創(chuàng)建線程的方法，也常常會被問到兩種方式創(chuàng)建線程的區(qū)別，下面簡單總結(jié)了一下：
「繼承 Thread 類」
子類繼承 Thread 類具備多線程能力
啟動線程：子類線程對象調(diào)用 .start()方法
不建議使用：避免 OOP 單繼承局限性
「實現(xiàn)接口 Runnable」
- 具有多線程能力
- 啟動線程：傳入目標(biāo)對象 + Thread對象調(diào)用.start()方法
- 推薦使用：避免單繼承局限性，方便同一個對象被多個線程使用
另外，在使用線程池時只能放入實現(xiàn)Runable或Callable類線程，不能直接放入繼承Thread的類
3、實現(xiàn)Callable接口
(1)創(chuàng)建Callable接口的實現(xiàn)類，并實現(xiàn)call()方法，該call()方法將作為線程執(zhí)行體，并且有返回值。
(2)創(chuàng)建Callable實現(xiàn)類的實例，使用FutureTask類來包裝Callable對象，該FutureTask對象封裝了該Callable對象的call()方法的返回值。
(3)使用FutureTask對象作為Thread對象的target創(chuàng)建并啟動新線程。
(4)調(diào)用FutureTask對象的get()方法來獲得子線程執(zhí)行結(jié)束后的返回值。
示例代碼：
- public class MyCallableThread implements Callable<String> {
- // 總票數(shù)
- private int count = 10;
- @Override
- public String call() throws Exception {
- // 當(dāng)還有票時就繼續(xù)售賣
- while (count > 0) {
- // 剩余票數(shù)
- count--;
- System.out.println(
- Thread.currentThread().getName() + "售賣第 " + (10 - count) + " 張票,當(dāng)前剩余票數(shù): " + 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();
- // 打印返回結(jié)果
- System.out.println(futureTask.get());
- }
- }
「Runnable和Callable的區(qū)別：」
Callable規(guī)定的方法是call()，Runnable規(guī)定的方法是run()。
Callable的任務(wù)執(zhí)行后可返回值，而Runnable的任務(wù)是不能有返回值。
call方法可以拋出異常，run方法不可以。
4、線程池
Java默認(rèn)提供了五種線程池，通過Executors創(chuàng)建，分別為：
- 「newCachedThreadPool」 創(chuàng)建一個可緩存線程池，如果線程池長度超過處理需要，可靈活回收空閑線程，若無可回收，則新建線程。
- 「newFixedThreadPool」 創(chuàng)建一個定長線程池，可控制線程最大并發(fā)數(shù)，超出的線程會在隊列中等待。
- 「newScheduledThreadPool」 創(chuàng)建一個定長線程池，支持定時及周期性任務(wù)執(zhí)行。
- 「newSingleThreadExecutor」 創(chuàng)建一個單線程化的線程池，它只會用唯一的工作線程來執(zhí)行任務(wù)，保證所有任務(wù)按照指定順序(FIFO, LIFO, 優(yōu)先級)執(zhí)行。
- 「newWorkStealingPool」 創(chuàng)建一個具有搶占式操作的線程池，由于能夠合理的使用CPU進(jìn)行對任務(wù)操作(并行操作)，所以適合使用在很耗時的任務(wù)中。
示例代碼：
- public class MyThreadPool implements Runnable {
- // 總票數(shù)
- public int count = 10;
- @Override
- public void run() {
- // 當(dāng)還有票時就繼續(xù)售賣
- while (count > 0) {
- // 剩余票數(shù)
- count--;
- System.out.println(
- Thread.currentThread().getName() + "售賣第 " + (10 - count) + " 張票,當(dāng)前剩余票數(shù): " + count);
- }
- }
- public static void main(String[] args) {
- ExecutorService ex = Executors.newFixedThreadPool(5);
- MyThreadPool t = new MyThreadPool();
- ex.submit(t);
- ex.shutdown();
- }
- }
關(guān)于線程池，后續(xù)會有單獨(dú)文章給大家詳細(xì)介紹。
通過以上的內(nèi)容，希望大家可以對線程有個初步的認(rèn)識，相關(guān)示例代碼，稍后整理后我會上傳到GitHub上，也請大家留意我們的后續(xù)文章。
