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。