JAVA多线程——(一)如何实现多线程

一、背景介绍

　　最近开始了人生的新征程，开始转java开发了，之前也看过一些关于JAVA多线程的一些资料和文档，但是没有系统的进行过整理和总结。借此机会对java多线程以及常见问题进行系统的整理和总结。在这一小节中，主要目的是整理一下多线程的实现方式。在此之前，首先复习一下线程的生命周期，有利于后期对于并发场景的理解

二、线程的生命周期

　　在介绍线程的生命周期前，先简要的总结一下什么是线程、为什么要使用线程。

　　1、什么是线程？

　　　　在计算机中，一个应用程序是一个进程，一个进程可以并发多个线程，线程是CPU的最小调度单位、

2、为什么要使用线程

• • 将串行执行转换为并行执行
  • 提高系统并发能力
  • 提高系统吞吐率，充分利用CPU资源　　

　　

　　在介绍完什么是线程后，接下来介绍一下线程的生命周期。如下图所示，线程包含有5个状态：新建状态、就绪状态、运行状态、死亡状态、阻塞状态。

其中分别为：

• 新建状态:

  使用 new 关键字和 Thread 类或其子类建立一个线程对象后，该线程对象就处于新建状态。它保持这个状态直到程序 start() 这个线程。

• 就绪状态:

  当线程对象调用了start()方法之后，该线程就进入就绪状态。就绪状态的线程处于就绪队列中，要等待JVM里线程调度器的调度。

• 运行状态:

  如果就绪状态的线程获取 CPU 资源，就可以执行 run()，此时线程便处于运行状态。处于运行状态的线程最为复杂，它可以变为阻塞状态、就绪状态和死亡状态。

• 阻塞状态:

  如果一个线程执行了sleep（睡眠）、suspend（挂起）等方法，失去所占用资源之后，该线程就从运行状态进入阻塞状态。在睡眠时间已到或获得设备资源后可以重新进入就绪状态。可以分为三种：

  死亡状态:

  • 等待阻塞：运行状态中的线程执行 wait() 方法，使线程进入到等待阻塞状态。

  • 同步阻塞：线程在获取 synchronized 同步锁失败(因为同步锁被其他线程占用)。

  • 其他阻塞：通过调用线程的 sleep() 或 join() 发出了 I/O 请求时，线程就会进入到阻塞状态。当sleep() 状态超时，join() 等待线程终止或超时，或者 I/O 处理完毕，线程重新转入就绪状态。

 

一个运行状态的线程完成任务或者其他终止条件发生时，该线程就切换到终止状态。

　　

三、多线程的实现方式

Java 提供了三种创建线程的方法：

• • 通过实现 Runnable 接口；
  • 通过继承 Thread 类本身；
  • 通过 Callable 和 Future 创建线程。

1、通过继承Thread类本身

　　继承thread类，并重写run方法，调用start()方法开始执行。Thread内部也实现了Runnable接口

 

 package thread;

public class MyThreadDemo1 extends Thread{
    private String name;
    private Integer age;

    public MyThreadDemo1(String name, Integer age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public void run(){
        try {
            for(int i = 4; i > 0; i--) {
                System.out.println("Thread: " + name + ", " + i);
                // 让线程睡眠一会
                Thread.sleep(50);
            }
        }catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("Thread " +  name + " interrupted.");
        }
        System.out.println("Thread " +  name + " exiting.");
    }


    public static void main(String[] args) {
        MyThreadDemo1 thread1 = new MyThreadDemo1("thread11111", 11);
        thread1.start();

        MyThreadDemo1 thread2 = new MyThreadDemo1("thread222222", 22);
        thread2.start();

    }

}

 

 运行结果：

Thread: thread222222, 4
Thread: thread11111, 4
Thread: thread222222, 3
Thread: thread11111, 3
Thread: thread222222, 2
Thread: thread11111, 2
Thread: thread222222, 1
Thread: thread11111, 1
Thread thread222222 exiting.
Thread thread11111 exiting.

 

 

2、通过实现 Runnable 接口

　　由于有的类已经继承自某一个类，同事java中限制了只能单继承，所以可以通过实现Runnable接口的方式实现多线程。

　　通过重写run方法，.创建线程对象，调用start（）方法启动线程

　　

package thread;

public class MyThreadDemo2 implements Runnable{
    private String name;
    private Integer age;

    public MyThreadDemo2(String name, Integer age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public void run(){
        try {
            for(int i = 4; i > 0; i--) {
                System.out.println("Thread: " + name + ", " + i);
                // 让线程睡眠一会
                Thread.sleep(50);
            }
        }catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("Thread " +  name + " interrupted.");
        }
        System.out.println("Thread " +  name + " exiting.");
    }


    public static void main(String[] args) {
        MyThreadDemo2 mythread1 = new MyThreadDemo2("thread11111", 11);
        Thread thread1 = new Thread(mythread1);

        MyThreadDemo2 mythread2 = new MyThreadDemo2("thread222222", 22);
        Thread thread2 = new Thread(mythread1);
        thread1.start();
        thread2.start();

    }

}

 

 　　运行结果：

Thread: thread11111, 4
Thread: thread11111, 4
Thread: thread11111, 3
Thread: thread11111, 3
Thread: thread11111, 2
Thread: thread11111, 2
Thread: thread11111, 1
Thread: thread11111, 1
Thread thread11111 exiting.
Thread thread11111 exiting.

 

 

3、通过 Callable 和 Future 创建线程

　　Callable箱规Runnable接口，可以获取线程的返回值。实现方式为：

1. 实现Callable接口，并实现call() 方法
2. 创建 Callable 实现类的实例，使用 FutureTask 类来包装 Callable 对象，该 FutureTask 对象封装了该 Callable 对象的 call() 方法的返回值。
3. 使用 FutureTask 对象作为 Thread 对象的 target 创建并启动新线程
4. 调用 FutureTask 对象的 get() 方法来获得子线程执行结束后的返回值。

　　重点关注项：实现后面的Callable<Long>，其中Long为线程返回值得类型，需和创建FutureTask<Long> future1 = new FutureTask<>(mythread1)的类型，以及call() 函数返回值的类型保持一致

 

 

 

package thread;

import org.apache.commons.logging.Log;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

public class MyThreadDemo3 implements Callable<Long> {
    private String name;
    private Integer age;

    public MyThreadDemo3(String name, Integer age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        MyThreadDemo3 mythread1 = new MyThreadDemo3("thread11111", 11);
        FutureTask<Long> future1 = new FutureTask<>(mythread1);
        Thread thread1 = new Thread(future1);

        MyThreadDemo3 mythread2 = new MyThreadDemo3("thread222222", 22);
        FutureTask<Long> future2 = new FutureTask<>(mythread2);

        Thread thread2 = new Thread(future2);
        thread1.start();
        thread2.start();
        System.out.println("thread1 result:" + future1.get() + "\n");
        System.out.println("thread2 result:" + future2.get() + "\n");


    }

    @Override
    public Long call() throws Exception {
        try {
            for(int i = 4; i > 0; i--) {
                System.out.println("Thread: " + name + ", " + i);
                // 让线程睡眠一会
                Thread.sleep(50);
            }
        }catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("Thread " +  name + " interrupted.");
        }
        System.out.println("Thread " +  name + " exiting.");
        return System.currentTimeMillis();
    }
}

 

 　　运行结果：

Thread: thread222222, 4
Thread: thread11111, 4
Thread: thread11111, 3
Thread: thread222222, 3
Thread: thread11111, 2
Thread: thread222222, 2
Thread: thread11111, 1
Thread: thread222222, 1
Thread thread11111 exiting.
thread1 result:1651053928927

Thread thread222222 exiting.
thread2 result:1651053928934

 

四、多线程总结

　　多线程可以提升系统的并发能力、CPU利用率，但是多线程也引入了一些新的问题：多线程如何通信？ 多线程如何保证数据一致性？多线程是不是回死锁？滥用多线程会有什么影响？（线程上下文频繁切换，消耗系统资源）。这些问题，会在后面的文章中一一介绍。