Java線程的創(chuàng)建介紹及實現(xiàn)方式示例
前言
在并發(fā)編程中我們?yōu)樯兑话氵x用創(chuàng)建多個線程去處理任務(wù)而不是創(chuàng)建多個進(jìn)程呢？這是因為線程之間切換的開銷小，適用于一些要求同時進(jìn)行并且又要共享某些變量的并發(fā)操作。而進(jìn)程則具有獨立的虛擬地址空間，每個進(jìn)程都有自己獨立的代碼和數(shù)據(jù)空間，程序之間的切換會有較大的開銷。下面介紹幾種創(chuàng)建線程的方法，在這之前我們還是要先了解一下什么是進(jìn)程什么是線程。
一、什么是進(jìn)程和線程
線程是進(jìn)程中的一個實體，它本身是不會獨立存在的。進(jìn)程是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位，線程則是進(jìn)程的一個執(zhí)行路徑，一個進(jìn)程中至少有一個線程，進(jìn)程中的多個線程共享進(jìn)程的資源。
進(jìn)程和線程的關(guān)系圖如下：
從上面的圖中，我們可以知道一個進(jìn)程中有多個線程，多個線程共享進(jìn)程的堆和方法區(qū)資源，但是每個線程都有自己的程序計數(shù)器和棧區(qū)域。堆是一個進(jìn)程中最大的一塊內(nèi)存，堆是被進(jìn)程中的所有線程共享的，是進(jìn)程創(chuàng)建時分配的，堆里面主要存放使用new操作創(chuàng)建的對象實例。方法區(qū)則用來存放 JVM 加載的類、常量及靜態(tài)變量等信息，也是線程共享的。
二、線程的創(chuàng)建
Java 中有幾種線程創(chuàng)建的方式：
- 實現(xiàn) Runnable 接口的 run 方法
- 繼承 Thread 類并重寫 run 的方法
- 使用 FutureTask 方式
- 使用線程池創(chuàng)建
2.1、實現(xiàn) Runnable 接口的 run 方法
public static void main(String[] args) {
RunableTask task = new RunableTask();
new Thread(task).start();
new Thread(task).start();
}
public static class RunableTask implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("I am a child thread");
}
}
// 輸出
I am a child thread
I am a child thread這段代碼創(chuàng)建了一個RunableTask??類，該類實現(xiàn)了Runnable??接口，并重寫了run()??方法。在run()??方法中，它打印了一條消息："I am a child thread"。
接下來是main()??方法，它是Java程序的入口點。在main()??方法中，首先創(chuàng)建了一個RunableTask??對象，然后通過調(diào)用Thread??類的構(gòu)造函數(shù)將該對象作為參數(shù)傳遞給Thread??類的構(gòu)造函數(shù)，創(chuàng)建了兩個新的線程對象。這兩個線程對象分別使用start()??方法啟動，從而使得每個線程都能夠并發(fā)地執(zhí)行。
當(dāng)程序運行時，會創(chuàng)建兩個子線程，它們將并發(fā)地執(zhí)行RunableTask??對象的run()??方法。由于兩個線程是同時運行的，因此它們可能會交替執(zhí)行run()??方法中的代碼。在這種情況下，由于線程調(diào)度的不確定性，可能會出現(xiàn)以下情況之一：
- 第一個線程先執(zhí)行run()??方法，打印出"I am a child thread"。
- 第二個線程先執(zhí)行run()??方法，打印出"I am a child thread"。
需要注意的是，由于線程的執(zhí)行順序是不確定的，所以每次運行程序時，輸出的結(jié)果可能會有所不同。
2.2、繼承 Thread 類方式的實現(xiàn)
public static void main(String[] args) {
MyThread thread = new MyThread();
thread.start();
}
//繼承Thread類并重寫run方法
public static class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println("I am a child thread");
}
}創(chuàng)建一個名為MyThread??的類，該類繼承了Thread??類，并重寫了run()??方法。
2.3、用 FutureTask 的方式
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 創(chuàng)建異步任務(wù)
FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(new CallerTask());
//啟動線程
new Thread(futureTask).start();
try {
//等待任務(wù)執(zhí)行完畢，并返回結(jié)果
String result = futureTask.get();
System.out.println(result);
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//創(chuàng)建任務(wù)類，類似Runable
public static class CallerTask implements Callable<String> {
@Override
public String call() throws Exception {
return "hello emanjusaka";
}
}上面使用了FutureTask??和Callable??接口來實現(xiàn)異步任務(wù)的執(zhí)行。首先，在main()??方法中創(chuàng)建了一個FutureTask??對象，并將一個匿名內(nèi)部類CallerTask??的實例作為參數(shù)傳遞給它。這個匿名內(nèi)部類實現(xiàn)了Callable??接口，并重寫了call()??方法。在call()??方法中，它返回了一個字符串"hello emanjusaka"。接下來，通過調(diào)用FutureTask??對象的start()??方法啟動了一個新的線程，該線程會執(zhí)行CallerTask??對象的call()??方法。由于start()??方法是異步執(zhí)行的，主線程會繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的代碼。然后，使用futureTask.get()??方法來等待異步任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果。這個方法會阻塞當(dāng)前線程，直到異步任務(wù)執(zhí)行完畢并返回結(jié)果。如果任務(wù)執(zhí)行過程中發(fā)生了異常，可以通過捕獲ExecutionException??來處理異常情況。
需要注意的是，由于異步任務(wù)的執(zhí)行是并發(fā)進(jìn)行的，因此輸出的結(jié)果可能會有所不同。另外，由于FutureTask??和Callable??接口提供了更靈活和強(qiáng)大的功能，因此在需要處理返回結(jié)果或處理異常的情況下，它們比繼承Thread??類并重寫run()??方法的方式更加方便和可靠。
2.4、使用線程池
Executors
package top.emanjusaka;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 創(chuàng)建一個固定大小的線程池，大小為5
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
// 提交10個任務(wù)到線程池中執(zhí)行
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Runnable worker = new WorkerThread("" + i);
executor.execute(worker);
}
// 關(guān)閉線程池
executor.shutdown();
while (!executor.isTerminated()) {
}
System.out.println("所有任務(wù)已完成");
}
}
class WorkerThread implements Runnable {
private String command;
public WorkerThread(String s) {
this.command = s;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 開始處理任務(wù)： " + command);
processCommand();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成任務(wù)： " + command);
}
private void processCommand() {
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
// 輸出
pool-1-thread-1 開始處理任務(wù)： 0
pool-1-thread-2 開始處理任務(wù)： 1
pool-1-thread-3 開始處理任務(wù)： 2
pool-1-thread-4 開始處理任務(wù)： 3
pool-1-thread-5 開始處理任務(wù)： 4
pool-1-thread-2 完成任務(wù)： 1
pool-1-thread-4 完成任務(wù)： 3
pool-1-thread-2 開始處理任務(wù)： 5
pool-1-thread-4 開始處理任務(wù)： 6
pool-1-thread-1 完成任務(wù)： 0
pool-1-thread-3 完成任務(wù)： 2
pool-1-thread-5 完成任務(wù)： 4
pool-1-thread-3 開始處理任務(wù)： 8
pool-1-thread-1 開始處理任務(wù)： 7
pool-1-thread-5 開始處理任務(wù)： 9
pool-1-thread-2 完成任務(wù)： 5
pool-1-thread-4 完成任務(wù)： 6
pool-1-thread-1 完成任務(wù)： 7
pool-1-thread-3 完成任務(wù)： 8
pool-1-thread-5 完成任務(wù)： 9
所有任務(wù)已完成上面的例子中我們首先創(chuàng)建了一個大小為5的線程池。然后，我們提交了10個任務(wù)到線程池中執(zhí)行。每個任務(wù)都是一個實現(xiàn)了Runnable接口的WorkerThread對象。最后，我們關(guān)閉線程池并等待所有任務(wù)完成。
阿里巴巴開發(fā)規(guī)范建議使用ThreadPoolExecutor來創(chuàng)建線程池，而不是直接使用Executors。這樣做的原因是，Executors創(chuàng)建的線程池可能會存在資源耗盡的風(fēng)險，而ThreadPoolExecutor則可以更好地控制線程池的運行規(guī)則，規(guī)避資源耗盡的風(fēng)險 。
ThreadPoolExecutor
package top.emanjusaka;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 創(chuàng)建一個固定大小的線程池，大小為5
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 200, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Runnable worker = new WorkerThread("" + i);
executor.execute(worker);
}
// 關(guān)閉線程池
executor.shutdown();
try {
executor.awaitTermination(Long.MAX_VALUE, TimeUnit.NANOSECONDS);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("所有任務(wù)已完成");
}
}
class WorkerThread implements Runnable {
private String command;
public WorkerThread(String s) {
this.command = s;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 開始處理任務(wù)：" + command);
processCommand();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成任務(wù)：" + command);
}
private void processCommand() {
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
// 輸出
pool-1-thread-1 開始處理任務(wù)：0
pool-1-thread-3 開始處理任務(wù)：2
pool-1-thread-2 開始處理任務(wù)：1
pool-1-thread-4 開始處理任務(wù)：3
pool-1-thread-5 開始處理任務(wù)：4
pool-1-thread-2 完成任務(wù)：1
pool-1-thread-3 完成任務(wù)：2
pool-1-thread-5 完成任務(wù)：4
pool-1-thread-3 開始處理任務(wù)：5
pool-1-thread-4 完成任務(wù)：3
pool-1-thread-1 完成任務(wù)：0
pool-1-thread-4 開始處理任務(wù)：8
pool-1-thread-2 開始處理任務(wù)：7
pool-1-thread-5 開始處理任務(wù)：6
pool-1-thread-1 開始處理任務(wù)：9
pool-1-thread-4 完成任務(wù)：8
pool-1-thread-3 完成任務(wù)：5
pool-1-thread-2 完成任務(wù)：7
pool-1-thread-1 完成任務(wù)：9
pool-1-thread-5 完成任務(wù)：6
所有任務(wù)已完成在這個例子中，我們首先創(chuàng)建了一個大小為5的線程池，其中核心線程數(shù)為5，最大線程數(shù)為10，空閑線程存活時間為200毫秒，工作隊列為LinkedBlockingQueue。然后，我們提交了10個任務(wù)到線程池中執(zhí)行。最后，我們關(guān)閉線程池并等待所有任務(wù)完成。
ThreadPoolExecutor的構(gòu)造函數(shù)有以下參數(shù)：
- corePoolSize：核心線程數(shù)，即線程池中始終保持活躍的線程數(shù)。
- maximumPoolSize：最大線程數(shù)，即線程池中允許的最大線程數(shù)。當(dāng)工作隊列滿了之后，線程池會創(chuàng)建新的線程來處理任務(wù)，直到達(dá)到最大線程數(shù)。
- keepAliveTime：空閑線程存活時間，即當(dāng)線程池中的線程數(shù)量超過核心線程數(shù)時，多余的空閑線程在等待新任務(wù)的最長時間。超過這個時間后，空閑線程將被銷毀。
- unit：keepAliveTime的時間單位，例如TimeUnit.SECONDS表示秒，TimeUnit.MILLISECONDS表示毫秒。
- workQueue：工作隊列，用于存放待處理的任務(wù)。常用的有ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue和SynchronousQueue等。
- threadFactory：線程工廠，用于創(chuàng)建新的線程?？梢宰远x線程的名稱、優(yōu)先級等屬性。
- handler：拒絕策略，當(dāng)工作隊列滿了且線程池已滿時，線程池如何處理新提交的任務(wù)。常用的有AbortPolicy（拋出異常）、DiscardPolicy（丟棄任務(wù)）和DiscardOldestPolicy（丟棄隊列中最舊的任務(wù)）。
- executorListeners：監(jiān)聽器，用于監(jiān)聽線程池的狀態(tài)變化。常用的有ThreadPoolExecutor.AbortPolicy、ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy和ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy。
三、總結(jié)
使用繼承方式的好處是方便傳參，你可以在子類里面添加成員變量，通過set方法設(shè)置參數(shù)或者通過構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行傳遞，而如果使用Runnable方式，則只能使用主線程里面被聲明為final的變量。不好的地方是Java不支持多繼承，如果繼承了Thread類，那么子類不能再繼承其他類，而Runable則沒有這個限制。前兩種方式都沒辦法拿到任務(wù)的返回結(jié)果，但是Futuretask方式可以。
使用Callable和Future創(chuàng)建線程。這種方式可以將線程作為任務(wù)提交給線程池執(zhí)行，而且可以獲取到線程的執(zhí)行結(jié)果。但是需要注意的是，如果線程拋出了異常，那么在主線程中是無法獲取到的。使用線程池。線程池是一種管理線程的機(jī)制，可以有效地控制線程的數(shù)量和復(fù)用線程，避免了頻繁地創(chuàng)建和銷毀線程帶來的性能開銷。
參考資料《Java并發(fā)編程之美》
以上就是Java線程的創(chuàng)建介紹及實現(xiàn)方式示例的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java線程創(chuàng)建的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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