java實作多執行緒的幾種方式
- 青灯夜游原創
- 2023-01-04 15:52:499515瀏覽
實現多線程的方式：1、繼承Thread類，透過JDK提供的Thread類，重寫Thread類別的run方法即可；2、實作Runnable接口，Runnable是一個「@FunctionalInterface」函數式接口，也就意味了可以利用JDK8提供的lambda的方式來創建線程任務；3、使用內部類的方式；4、利用定時器；5、帶返回值的線程實現方式；6、基於線程池實現多線程。
本教學操作環境：windows7系統、java8版、DELL G3電腦。
多執行緒的形式上實作方式主要有兩種，一種是繼承Thread類，一種是實作Runnable介面。本質上實作方式都是來實作執行緒任務，然後啟動執行緒執行執行緒任務（這裡的執行緒任務其實就是run方法）。這裡所說的6種，其實都是在以上兩種的基礎上的一些變形。
以下分別就這6中實作方式一一介紹。
#萬物皆對象，那麼執行緒也是對象，物件就應該能夠抽取其公共特性封裝成為類，使用類別可以實例化多個對象，那麼實作執行緒的第一種方式就是繼承Thread類別。繼承Thread類別是最簡單的一種實作執行緒的方式，透過JDK提供的Thread類，重寫Thread類別的run方法即可，那麼當執行緒啟動的時候，就會執行run方法體的內容。程式碼如下：
package com.kingh.thread.create;
/**
* 继承Thread类的方式创建线程
*
* @author <a href="https://blog.csdn.net/king_kgh>Kingh</a>
* @version 1.0
* @date 2019/3/13 19:19
*/
public class CreateThreadDemo1 extends Thread {
public CreateThreadDemo1() {
// 设置当前线程的名字
this.setName("MyThread");
}
@Override
public void run() {
// 每隔1s中输出一次当前线程的名字
while (true) {
// 输出线程的名字，与主线程名称相区分
printThreadInfo();
try {
// 线程休眠一秒
Thread.sleep(1000);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 注意这里，要调用start方法才能启动线程，不能调用run方法
new CreateThreadDemo1().start();
// 演示主线程继续向下执行
while (true) {
printThreadInfo();
Thread.sleep(1000);
}
}
/**
* 输出当前线程的信息
*/
private static void printThreadInfo() {
System.out.println("当前运行的线程名为： " + Thread.currentThread().getName());
}
}執行結果如下
当前运行的线程名为： main 当前运行的线程名为： MyThread 当前运行的线程名为： main 当前运行的线程名为： MyThread 当前运行的线程名为： MyThread 当前运行的线程名为： main
這裡要注意，在啟動執行緒的時候，並不是呼叫執行緒類別的run方法，而是呼叫了執行緒類別的start方法。那我們能不能呼叫run方法呢？答案是肯定的，因為run方法是一個public聲明的方法，因此我們是可以調用的，但是如果我們調用了run方法，那麼這個方法將會作為一個普通的方法被調用，並不會開啟線程。這裡實際上是採用了設計模式中的模板方法模式，Thread類別作為模板，而run方法是在變化的，因此放到子類別來實現。
1. 創建多個線程
#上面的範例中除了我們創建的一個線程以外其實還有一個主線程也在執行。那麼除了這兩個線程以外還有沒有其他的線程在執行了呢，其實是有的，比如我們看不到的垃圾回收線程，也在默默的執行。這裡我們不去考慮有多少個線程在執行，上面我們自己創建了一個線程，那麼能不能多創建幾個一起執行呢，答案是肯定的。一個Thread類就是一個線程對象，那麼多創建幾個Thread類，並調用其start方法就可以啟動多個線程了。程式碼如下
package com.kingh.thread.create;
/**
* 创建多个线程同时执行
*
* @author <a href="https://blog.csdn.net/king_kgh>Kingh</a>
* @version 1.0
* @date 2019/3/18 9:46
*/
public class CreateMultiThreadDemo2 extends Thread {
public CreateMultiThreadDemo2(String name) {
// 设置当前线程的名字
this.setName(name);
}
@Override
public void run() {
// 每隔1s中输出一次当前线程的名字
while (true) {
// 输出线程的名字，与主线程名称相区分
printThreadInfo();
try {
// 线程休眠一秒
Thread.sleep(1000);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 注意这里，要调用start方法才能启动线程，不能调用run方法
new CreateMultiThreadDemo2("MyThread-01").start();
// 创建多个线程实例，同时执行
new CreateMultiThreadDemo2("MyThread-02").start();
// 演示主线程继续向下执行
while (true) {
printThreadInfo();
Thread.sleep(1000);
}
}
/**
* 输出当前线程的信息
*/
private static void printThreadInfo() {
System.out.println("当前运行的线程名为： " + Thread.currentThread().getName());
}
}運行結果如下
当前运行的线程名为： main 当前运行的线程名为： MyThread-02 当前运行的线程名为： MyThread-01 当前运行的线程名为： main 当前运行的线程名为： MyThread-01 当前运行的线程名为： MyThread-02 当前运行的线程名为： main
#2. 指定執行緒名稱
可以看到，透過建立多個Thread類，並且呼叫其start方法，啟動了多個執行緒。每個執行緒都有自己的名字，在上述程式碼中，分別給創建的執行緒指定了MyThread-01和MyThread-02這個名字，然後在建構方法中透過呼叫父類別的setName方法來賦予執行緒名字賦值。如果不指定執行緒名字，系統會預設指定執行緒名，命名規則是Thread-N的形式。但是為了排查問題方便，建議在創建線程的時候指定一個合理的線程名字。下面的程式碼是不使用執行緒名稱的樣子
package com.kingh.thread.create;
/**
* 创建多个线程同时执行，使用系统默认线程名
*
* @author <a href="https://blog.csdn.net/king_kgh>Kingh</a>
* @version 1.0
* @date 2019/3/18 9:46
*/
public class CreateMultiThreadDemo3 extends Thread {
@Override
public void run() {
// 每隔1s中输出一次当前线程的名字
while (true) {
// 输出线程的名字，与主线程名称相区分
printThreadInfo();
try {
// 线程休眠一秒
Thread.sleep(1000);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 注意这里，要调用start方法才能启动线程，不能调用run方法
new CreateMultiThreadDemo3().start();
// 创建多个线程实例，同时执行
new CreateMultiThreadDemo3().start();
// 演示主线程继续向下执行
while (true) {
printThreadInfo();
Thread.sleep(1000);
}
}
/**
* 输出当前线程的信息
*/
private static void printThreadInfo() {
System.out.println("当前运行的线程名为： " + Thread.currentThread().getName());
}
}運行的結果如下：
当前运行的线程名为： main 当前运行的线程名为： Thread-1 当前运行的线程名为： Thread-0 当前运行的线程名为： main 当前运行的线程名为： Thread-1 当前运行的线程名为： Thread-0
實作Runnable介面也是一種常見的建立執行緒的方式，使用介面的方式可以讓我們的程式降低耦合度。 Runnable介面中僅僅定義了一個方法，就是run。我們來看看Runnable介面的程式碼。
package java.lang;
@FunctionalInterface
public interface Runnable {
public abstract void run();
}其實Runnable就是一個執行緒任務，執行緒任務和執行緒的控制分離，這也就是上面所說的解耦。 我們要實作一個線程，可以藉助Thread類，Thread類別要執行的任務就可以由實作了Runnable介面的類別來處理。 這就是Runnable的精髓之所在！
Runnable 是一個@FunctionalInterface 函數式接口，也就意味了可以利用JDK8提供的lambda的方式來創建線程任務，後面的程式碼中會給讀者演示具體如何使用。
使用Runnable實作上面的範例步驟如下：
- 定义一个类实现Runnable接口，作为线程任务类
- 重写run方法，并实现方法体，方法体的代码就是线程所执行的代码
- 定义一个可以运行的类，并在main方法中创建线程任务类
- 创建Thread类，并将线程任务类做为Thread类的构造方法传入
- 启动线程
1. 创建线程任务
线程任务就是线程要做的事情，这里我们让这个线程每隔1s中打印自己的名字
package com.kingh.thread.create;
/**
* 线程任务
*
* @author <a href="https://blog.csdn.net/king_kgh>Kingh</a>
* @version 1.0
* @date 2019/3/18 10:04
*/
public class CreateThreadDemo4_Task implements Runnable {
@Override
public void run() {
// 每隔1s中输出一次当前线程的名字
while (true) {
// 输出线程的名字，与主线程名称相区分
printThreadInfo();
try {
// 线程休眠一秒
Thread.sleep(1000);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
/**
* 输出当前线程的信息
*/
private static void printThreadInfo() {
System.out.println("当前运行的线程名为： " + Thread.currentThread().getName());
}
}2. 创建可运行类
在这里创建线程，并把任务交给线程处理，然后启动线程。
package com.kingh.thread.create;
/**
* 创建线程
*
* @author <a href="https://blog.csdn.net/king_kgh>Kingh</a>
* @version 1.0
* @date 2019/3/18 10:04
*/
public class CreateThreadDemo4_Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 实例化线程任务类
CreateThreadDemo4_Task task = new CreateThreadDemo4_Task();
// 创建线程对象,并将线程任务类作为构造方法参数传入
new Thread(task).start();
// 主线程的任务，为了演示多个线程一起执行
while (true) {
printThreadInfo();
Thread.sleep(1000);
}
}
/**
* 输出当前线程的信息
*/
private static void printThreadInfo() {
System.out.println("当前运行的线程名为： " + Thread.currentThread().getName());
}
}线程任务和线程的控制分离，那么一个线程任务可以提交给多个线程来执行。这是很有用的，比如车站的售票窗口，每个窗口可以看做是一个线程，他们每个窗口做的事情都是一样的，也就是售票。这样我们程序在模拟现实的时候就可以定义一个售票任务，让多个窗口同时执行这一个任务。那么如果要改动任务执行计划，只要修改线程任务类，所有的线程就都会按照修改后的来执行。相比较继承Thread类的方式来创建线程的方式，实现Runnable接口是更为常用的。
3. lambda方式创建线程任务
这里就是为了简化内部类的编写，简化了大量的模板代码，显得更加简洁。如果读者看不明白，可以读完内部类方式之后，回过来再看这段代码。
package com.kingh.thread.create;
/**
* 创建线程with lambda
*
* @author <a href="https://blog.csdn.net/king_kgh>Kingh</a>
* @version 1.0
* @date 2019/3/18 10:04
*/
public class CreateThreadDemo5_Lambda {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 使用lambda的形式实例化线程任务类
Runnable task = () -> {
while (true) {
// 输出线程的名字
printThreadInfo();
}
};
// 创建线程对象,并将线程任务类作为构造方法参数传入
new Thread(task).start();
// 主线程的任务，为了演示多个线程一起执行
while (true) {
printThreadInfo();
Thread.sleep(1000);
}
}
/**
* 输出当前线程的信息
*/
private static void printThreadInfo() {
System.out.println("当前运行的线程名为： " + Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
这并不是一种新的实现线程的方式，只是另外的一种写法。比如有些情况我们的线程就想执行一次，以后就用不到了。那么像上面两种方式（继承Thread类和实现Runnable接口）都还要再定义一个类，显得比较麻烦，我们就可以通过匿名内部类的方式来实现。使用内部类实现依然有两种，分别是继承Thread类和实现Runnable接口。代码如下：
package com.kingh.thread.create;
/**
* 匿名内部类的方式创建线程
*
* @author <a href="https://blog.csdn.net/king_kgh>Kingh</a>
* @version 1.0
* @date 2019/3/18 10:04
*/
public class CreateThreadDemo6_Anonymous {
public static void main(String[] args) {
// 基于子类的方式
new Thread() {
@Override
public void run() {
while (true) {
printThreadInfo();
}
}
}.start();
// 基于接口的实现
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
while (true) {
printThreadInfo();
}
}
}).start();
}
/**
* 输出当前线程的信息
*/
private static void printThreadInfo() {
System.out.println("当前运行的线程名为： " + Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}可以想象一下，我能不能既基于接口，又基于子类呢？像下面的代码会执行出什么样子呢？
package com.kingh.thread.create;
/**
* 匿名内部类的方式创建线程
*
* @author <a href="https://blog.csdn.net/king_kgh>Kingh</a>
* @version 1.0
* @date 2019/3/18 10:04
*/
public class CreateThreadDemo7_Anonymous {
public static void main(String[] args) {
// 基于子类和接口的方式
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
while (true) {
printInfo("interface");
}
}
}) {
@Override
public void run() {
while (true) {
printInfo("sub class");
}
}
}.start();
}
/**
* 输出当前线程的信息
*/
private static void printInfo(String text) {
System.out.println(text);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}运行结果如下：
sub class sub class
我们可以看到，其实是基于子类的执行了，为什么呢，其实很简单，我们先来看一下为什么不基于子类的时候Runnable的run方法可以执行。这个要从Thread的源码看起，下面是我截取的代码片段。
public Thread(Runnable target)
init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
long stackSize) {
init(g, target, name, stackSize, null, true);
}
private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
long stackSize, AccessControlContext acc,
boolean inheritThreadLocals) {
if (name == null) {
throw new NullPointerException("name cannot be null");
}
this.name = name;
Thread parent = currentThread();
SecurityManager security = System.getSecurityManager();
if (g == null) {
/* Determine if it's an applet or not */
/* If there is a security manager, ask the security manager
what to do. */
if (security != null) {
g = security.getThreadGroup();
}
/* If the security doesn't have a strong opinion of the matter
use the parent thread group. */
if (g == null) {
g = parent.getThreadGroup();
}
}
/* checkAccess regardless of whether or not threadgroup is
explicitly passed in. */
g.checkAccess();
/*
* Do we have the required permissions?
*/
if (security != null) {
if (isCCLOverridden(getClass())) {
security.checkPermission(SUBCLASS_IMPLEMENTATION_PERMISSION);
}
}
g.addUnstarted();
this.group = g;
this.daemon = parent.isDaemon();
this.priority = parent.getPriority();
if (security == null || isCCLOverridden(parent.getClass()))
this.contextClassLoader = parent.getContextClassLoader();
else
this.contextClassLoader = parent.contextClassLoader;
this.inheritedAccessControlContext =
acc != null ? acc : AccessController.getContext();
this.target = target; // 注意这里
setPriority(priority);
if (inheritThreadLocals && parent.inheritableThreadLocals != null)
this.inheritableThreadLocals =
ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);
/* Stash the specified stack size in case the VM cares */
this.stackSize = stackSize;
/* Set thread ID */
tid = nextThreadID();
}其实上面的众多代码就是为了表现 this.target = target 那么target是什么呢，是Thread类的成员变量。那么在什么地方用到了target呢？下面是run方法的内容。
@Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}我们可以看到,如果通过上面的构造方法传入target，那么就会执行target中的run方法。可能有朋友就会问了，我们同时继承Thread类和实现Runnable接口，target不为空，那么为何不执行target的run呢。不要忘记了，我们在子类中已经重写了Thread类的run方法，因此run方法已经不在是我们看到的这样了。那当然也就不回执行target的run方法。
lambda 方式改造
刚才使用匿名内部类，会发现代码还是比较冗余的，lambda可以大大简化代码的编写。用lambda来改写上面的基于接口的形式的代码，如下
// 使用lambda的形式
new Thread(() -> {
while (true) {
printThreadInfo();
}
}).start();
// 对比不使用lambda的形式
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
while (true) {
printThreadInfo();
}
}
}).start();
定时器可以说是一种基于线程的一个工具类，可以定时的来执行某个任务。在应用中经常需要定期执行一些操作，比如要在凌晨的时候汇总一些数据，比如要每隔10分钟抓取一次某个网站上的数据等等，总之计时器无处不在。
在Java中实现定时任务有很多种方式，JDK提供了Timer类来帮助开发者创建定时任务，另外也有很多的第三方框架提供了对定时任务的支持，比如Spring的schedule以及著名的quartz等等。因为Spring和quartz实现都比较重，依赖其他的包，上手稍微有些难度，不在本篇博客的讨论范围之内，这里就看一下JDK所给我们提供的API来实现定时任务。
1. 指定时间点执行
package com.kingh.thread.create;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
/**
* 定时任务
*
* @author <a href="https://blog.csdn.net/king_kgh>Kingh</a>
* @version 1.0
* @date 2019/3/18 10:04
*/
public class CreateThreadDemo9_Timer {
private static final SimpleDateFormat format =
new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 创建定时器
Timer timer = new Timer();
// 提交计划任务
timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println("定时任务执行了...");
}
}, format.parse("2017-10-11 22:00:00"));
}
}2.间隔时间重复执行
package com.kingh.thread.create;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
/**
* 定时任务
*
* @author <a href="https://blog.csdn.net/king_kgh>Kingh</a>
* @version 1.0
* @date 2019/3/18 10:04
*/
public class CreateThreadDemo10_Timer {
public static void main(String[] args){
// 创建定时器
Timer timer = new Timer();
// 提交计划任务
timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println("定时任务执行了...");
}
},
new Date(), 1000);
}
}关于Spring的定时任务，可以参考 《Spring计划任务》
我们发现上面提到的不管是继承Thread类还是实现Runnable接口，发现有两个问题，第一个是无法抛出更多的异常，第二个是线程执行完毕之后并无法获得线程的返回值。那么下面的这种实现方式就可以完成我们的需求。这种方式的实现就是我们后面要详细介绍的Future模式，只是在jdk5的时候，官方给我们提供了可用的API，我们可以直接使用。但是使用这种方式创建线程比上面两种方式要复杂一些，步骤如下。
创建一个类实现Callable接口，实现call方法。这个接口类似于Runnable接口，但比Runnable接口更加强大，增加了异常和返回值。
创建一个FutureTask，指定Callable对象，做为线程任务。
创建线程，指定线程任务。
启动线程
代码如下：
package com.kingh.thread.create;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.FutureTask;
/**
* 带返回值的方式
*
* @author <a href="https://blog.csdn.net/king_kgh>Kingh</a>
* @version 1.0
* @date 2019/3/18 10:04
*/
public class CreateThreadDemo11_Callable {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 创建线程任务
Callable<Integer> call = () -> {
System.out.println("线程任务开始执行了....");
Thread.sleep(2000);
return 1;
};
// 将任务封装为FutureTask
FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(call);
// 开启线程，执行线程任务
new Thread(task).start();
// ====================
// 这里是在线程启动之后，线程结果返回之前
System.out.println("这里可以为所欲为....");
// ====================
// 为所欲为完毕之后，拿到线程的执行结果
Integer result = task.get();
System.out.println("主线程中拿到异步任务执行的结果为：" + result);
}
}执行结果如下：
这里可以为所欲为.... 线程任务开始执行了.... 主线程中拿到异步任务执行的结果为：1
Callable中可以通过范型参数来指定线程的返回值类型。通过FutureTask的get方法拿到线程的返回值。
我们知道，线程和数据库连接这些资源都是非常宝贵的资源。那么每次需要的时候创建，不需要的时候销毁，是非常浪费资源的。那么我们就可以使用缓存的策略，也就是使用线程池。当然了，线程池也不需要我们来实现，jdk的官方也给我们提供了API。
代码如下：
package com.kingh.thread.create;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* 线程池
*
* @author <a href="https://blog.csdn.net/king_kgh>Kingh</a>
* @version 1.0
* @date 2019/3/18 10:04
*/
public class CreateThreadDemo12_ThreadPool {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 创建固定大小的线程池
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
while (true) {
// 提交多个线程任务，并执行
threadPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
printThreadInfo();
}
});
}
}
/**
* 输出当前线程的信息
*/
private static void printThreadInfo() {
System.out.println("当前运行的线程名为： " + Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}执行结果如下：
当前运行的线程名为： pool-1-thread-1 当前运行的线程名为： pool-1-thread-2 当前运行的线程名为： pool-1-thread-4 当前运行的线程名为： pool-1-thread-3 当前运行的线程名为： pool-1-thread-7 当前运行的线程名为： pool-1-thread-8 当前运行的线程名为： pool-1-thread-9 当前运行的线程名为： pool-1-thread-6 当前运行的线程名为： pool-1-thread-5 当前运行的线程名为： pool-1-thread-10
线程池的内容还有非常多，这里不再详细地讲解。
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