Java并发编程之线程创建和启动(Thread、Runnable、Callable和Future)

这一系列的文章暂不涉及Java多线程开发中的底层原理以及JMM、JVM部分的解析（将另文总结），主要关注实际编码中Java并发编程的核心知识点和应知应会部分。

说在前面，Java并发编程的实质，是线程对象调用start方法启动多线程，而线程对象则必须是Thread类或其子类实现。Runnable和Callable的作用类似于Comparable、Serializable，是用于被并发的类实现的接口，从而使得Thread类可以在初始化时传入这个被并发的类。此是大前提。本文从多线程实现和启动出发，对这些类或接口予以说明。

Thread

通过Thread的子类创建多线程的步骤如下：

1. 创建Thread的子类，并重写run()方法，该方法即为线程执行体。

2. 创建Thread子类的对象，即为线程对象。

3. 调用线程对象的start()方法启动线程。

public class TestThread extends Thread{
    
    public TestThread(String name) {
        setName(name);
    }    
    @Override
    public void run() {
        while(!interrupted())
            System.out.println(getName() + "线程执行了");
    }    
    public static void main(String[] args) {
        
        TestThread t1 = new TestThread("first");
        TestThread t2 = new TestThread("second");
        //setDaemon()设置线程为守护线程
//        t1.setDaemon(true);
//        t2.setDaemon(true);        
        t1.start();
        t2.start();        
        t1.interrupt();
    }
}

Runnable

需要并发执行的类，可以通过实现Runnable接口，作为Thread的Target来创建线程对象。

public class TestRunnable implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            System.out.println("thread running...");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        //传入TestRunnable对象作为Target, 开启线程
        Thread t = new Thread(new TestRunnable());
        t.start();
        //采用匿名内部类的方式创建和启动线程
        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("Thread的匿名内部类");
            }
        }.start();
        //父类采用匿名实现Runnable接口, 并由子类继承
        new Thread(new Runnable() {
            
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("父类的线程");
            }
        }) {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("子类的线程");
            }
        }.start();        
    }
}

Callable和Future

Java5开始提供了Callable接口，用于现有多线程开发的强力补充。Callable接口提供一个call()方法来构造线程执行体。

1. call()方法可以有返回值

2. call()方法可以声明抛出异常

因此Callable接口没有继承Runnable接口，不能直接作为Thread类的Target来构造线程对象，所以Java5提供了Future接口来代表call方法的返回值。

Future提供了FutureTask实现类，该实现类实现了Future接口和Runnable接口，像桥梁一样把线程执行体和线程对象连接了起来。

Future接口提供了若干公共方法来操作Callable任务：

• boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning): 试图取消Future里关联的Callable任务
• V get()：返回Callable任务里call方法的返回值。调用该方法会导致阻塞，必须等子线程完成后才得到返回值
• V get(long timeout, TimeUnit unit)：最多阻塞timeout和unit指定的时间，超时将抛出TimeoutException异常
• boolean isCancelled()：Callable任务正常完成前被取消，则返回true
• boolean isDone()：Callable任务已完成，则返回true

创建并启动有返回值的线程步骤如下：

1. 创建Callable接口的实现类，并实现call方法作为线程执行体，再创建类的实例。Java8中可通过Lambda表达式进行。

2. 使用FutureTask类来包装Callable实现类的对象

3. 使用FutureTask作为Thread对象的target

4. 使用FutureTask对象的get方法获取子线程执行后的返回值

Callable接口和FutureTask实现类的底层是基于接口回调技术实现，具体可参考：基于接口回调详解JUC中Callable和FutureTask实现原理

public class TestCallable implements Callable<Integer>{
    //实现Callable并重写call方法作为线程执行体, 并设置返回值1
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println("Thread is running...");
        Thread.sleep(3000);
        return 1;
    }
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        //创建Callable实现类的对象
        TestCallable tc = new TestCallable();
        //创建FutureTask类的对象
        FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(tc);
        //把FutureTask实现类对象作为target,通过Thread类对象启动线程
        new Thread(task).start();    
        System.out.println("do something else...");
        //通过get方法获取返回值
        Integer integer = task.get();    
        System.out.println("The thread running result is :" + integer);    
    }
}

总结一下，虽然继承Thread类的开发方式相对简单，但因为Java单继承的限制，一般建议通过实现Runnable或Callable接口来创建并启动多线程。