Java学习笔记 23- 线程之Thread、Runnable、Callable

本文主要内容
1、进程和线程
2、Thread类
3、Runnable接口
4、Callable接口
5、线程的状态、线程池

01进程和线程

  • A:进程概念

    • a:进程：进程指正在运行的程序。确切的来说，当一个程序进入内存运行，
      即变成一个进程，进程是处于运行过程中的程序，并且具有一定独立功能。

  • B:线程的概念

    • a:线程：线程是进程中的一个执行单元(执行路径)，负责当前进程中程序的执行，
      一个进程中至少有一个线程。一个进程中是可以有多个线程的，这个应用程序也可以称之为多线程程序。
      简而言之：一个程序运行后至少有一个进程，一个进程中可以包含多个线程

    • b:多线程：即就是一个程序中有多个线程在同时执行。
      一个核心的CPU在多个线程之间进行着随即切换动作,由于切换时间很短(毫秒甚至是纳秒级别),所以感觉不到

    • c:单线程/多线程程序
      单线程程序：即若有多个任务只能依次执行。当上一个任务执行结束后，下一个任务开始执行。如去 网吧上网，网吧只能让一个人上网，当这个人下机后，下一个人才能上网。
      多线程程序：即若有多个任务可以同时执行。如，去网吧上网，网吧能够让多个人同时上网。

  • C:线程的运行模式

    • a:分时调度
      所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间。

    • b:抢占式调度
      优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个(线程随机性)，Java使用的为抢占式调度。

      大部分操作系统都支持多进程并发运行，现在的操作系统几乎都支持同时运行多个程序。
      实际上，CPU(中央处理器)使用抢占式调度模式在多个线程间进行着高速的切换。对于CPU的一个核而言，某个时刻，只能执行一个线程，而 CPU的在多个线程间切换速度相对我们的感觉要快，看上去就是在同一时刻运行。
      其实，多线程程序并不能提高程序的运行速度，但能够提高程序运行效率，让CPU的使用率更高。

  • D:main的主线程

    public class Demo {
public static void main(String[] args) {
  System.out.println(0/0);
  function();
  System.out.println(Math.abs(-9));
}

public static void function(){
  for(int i = 0 ; i < 10000;i++){
    System.out.println(i);
  }
}

    }

02Thread类

  • A:Thread类:Thread是程序中的执行线程。Java 虚拟机允许应用程序并发地运行多个执行线程。
    创建新执行线程有两种方法

    • a:一种方法是将类声明为 Thread 的子类。该子类应重写 Thread 类的 run 方法。创建对象，开启线程。run方法相当于其他线程的main方法。
    • b:另一种方法是声明一个实现 Runnable 接口的类。该类然后实现 run 方法。然后创建Runnable的子类对象，传入到某个线程的构造方法中，开启线程。

  • B:实现线程程序继承Thread

    /*
 *   创建和启动一个线程
 *   创建Thread子类对象
 *   子类对象调用方法start()
 *   让线程程序执行,JVM调用线程中的run
 */
public class ThreadDemo {
  public static void main(String[] args) {
    SubThread st = new SubThread();
    SubThread st1 = new SubThread();
    st.start();
    st1.start();
    for(int i = 0; i < 50;i++){
      System.out.println("main..."+i);
    }
  }
}
/*
 *  定义子类,继承Thread 
 *  重写方法run 
 */
public class SubThread  extends Thread{
  public void run(){
    for(int i = 0; i < 50;i++){
      System.out.println("run..."+i);
    }
  }
}

  • C:什么要继承Thread

    • a:为什么要继承Thread类，并调用其的start方法才能开启线程呢？
      继承Thread类：因为Thread类用来描述线程，具备线程应该有功能。那为什么不直接创建Thread类的对象呢？
      如下代码：

       Thread t1 = new Thread();
 t1.start();//这样做没有错，但是该start调用的是Thread类中的run方法
        //而这个run方法没有做什么事情，更重要的是这个run方法中并没有定义我们需要让线程执行的代码。

    • b:创建线程的目的是什么？
      是为了建立程序单独的执行路径，让多部分代码实现同时执行。也就是说线程创建并执行需要给定线程要执行的任务。
      对于主线程，定义在main函数中。自定义线程需要执行的任务都定义在run方法中。

  • D:多线程内存运行过程
    多线程执行时，到底在内存中是如何运行的呢？
    多线程执行时，在栈内存中，其实每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间。进行方法的压栈和弹栈。
    当执行线程的任务结束了，线程自动在栈内存中释放了。但是当所有的执行线程都结束了，那么进程就结束了。

  • E:Thread类方法

    • a:String getName()获取线程名字

      public class NameThread extends Thread{
public NameThread(){
super("小强");
 }

 public void run(){
System.out.println(getName());
}
 }

/*
 *  每个线程,都有自己的名字
 *  运行方法main线程,名字就是"main"
 *  其他新键的线程也有名字,默认 "Thread-0","Thread-1"
 *  
 *  JVM开启主线程,运行方法main,主线程也是线程,是线程必然就是
 *  Thread类对象
 */
public class ThreadDemo {
 public static void main(String[] args) {
   NameThread nt = new NameThread();
   nt.start();
 }
  }

    • b:static Thread currentThread()返回正在执行的线程对象

          /*
       *  每个线程,都有自己的名字
       *  运行方法main线程,名字就是"main"
       *  其他新键的线程也有名字,默认 "Thread-0","Thread-1"
       *  
     *  JVM开启主线程,运行方法main,主线程也是线程,是线程必然就是
     *  Thread类对象
     *  Thread类中,静态方法
     *   static Thread currentThread()返回正在执行的线程对象
     */
    public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
      NameThread nt = new NameThread();
        nt.start();

      /*Thread t =Thread.currentThread();
    System.out.println(t.getName());*/
    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
  }

    *c:setName(String name)线程名字设置

    public class NameThread extends Thread{
  
  public NameThread(){
    super("小强");
  }
  
  public void run(){
    System.out.println(getName());
  }
}

public class ThreadDemo {
  public static void main(String[] args) {
    NameThread nt = new NameThread();
    nt.setName("旺财");
    nt.start();

  }
}

    *d:sleep(睡眠毫秒数) 休眠

       public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception{
  /*for(int i = 0 ; i < 5 ;i++){
    Thread.sleep(50);
    System.out.println(i);
  }*/
  
  new SleepThread().start();
    }
   }

   public class SleepThread extends Thread{
public void run(){
  for(int i = 0 ; i < 5 ;i++){
    try{
      Thread.sleep(500);//睡眠500ms,500ms已到并且cpu切换到该线程继续向下执行
    }catch(Exception ex){
      
    }
    System.out.println(i);
  }
}
   }

03Runnable接口

  • A:实现线程程序实现Runnable接口

       /*
    *  实现线程成功的另一个方式,接口实现
    *  实现接口Runnable,重写run方法
    */
   public class SubRunnable implements Runnable{
public void run(){
  for(int i = 0 ; i < 50; i++){
    System.out.println("run..."+i);
  }
}
 }

  • B:实现接口方式的好处
    第二种方式实现Runnable接口避免了单继承的局限性，所以较为常用。
    实现Runnable接口的方式，更加的符合面向对象，线程分为两部分，一部分线程对象，一部分线程任务。
    继承Thread类，线程对象和线程任务耦合在一起。
    一旦创建Thread类的子类对象，既是线程对象，有又有线程任务。
    实现runnable接口，将线程任务单独分离出来封装成对象，类型就是Runnable接口类型。Runnable接口对线程对象和线程任务进行解耦。
    (降低紧密性或者依赖性,创建线程和执行任务不绑定)

  • C:匿名内部类实现线程程序

        /*
     *  使用匿名内部类,实现多线程程序
     *  前提: 继承或者接口实现
     *  new 父类或者接口(){
      *     重写抽象方法
     *  }
     */
  public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
  //继承方式  XXX extends Thread{ public void run(){}}
  new Thread(){
    public void run(){
      System.out.println("!!!");
    }
  }.start();
  
  //实现接口方式  XXX implements Runnable{ public void run(){}}
  
  Runnable r = new Runnable(){
    public void run(){
      System.out.println("###");
    }
  };
  new Thread(r).start();
  
  
  new Thread(new Runnable(){
    public void run(){
      System.out.println("@@@");
    }
  }).start();
  
}
  }

04线程的状态

  • A:线程的状态图


    image.png
  • B:线程池的原理
    1.在java中，如果每个请求到达就创建一个新线程，开销是相当大的。
    2.在实际使用中，创建和销毁线程花费的时间和消耗的系统资源都相当大，甚至可能要比在处理实际的用户请求的时间和资源要多的多。
    3.除了创建和销毁线程的开销之外，活动的线程也需要消耗系统资源。
    如果在一个jvm里创建太多的线程，可能会使系统由于过度消耗内存或“切换过度”而导致系统资源不足。
    为了防止资源不足，需要采取一些办法来限制任何给定时刻处理的请求数目，尽可能减少创建和销毁线程的次数，特别是一些资源耗费比较大的线程的创建和销毁，尽量利用已有对象来进行服务。
    线程池主要用来解决线程生命周期开销问题和资源不足问题。通过对多个任务重复使用线程，线程创建的开销就被分摊到了多个任务上了，而且由于在请求到达时线程已经存在，所以消除了线程创建所带来的延迟。这样，就可以立即为请求服务，使用应用程序响应更快。另外，通过适当的调整线程中的线程数目可以防止出现资源不足的情况。

05 JDK5实现线程池

  • A:JDK5实现线程池

       /*
     *  JDK1.5新特性,实现线程池程序
     *  使用工厂类 Executors中的静态方法创建线程对象,指定线程的个数
    *   static ExecutorService newFixedThreadPool(int 个数) 返回线程池对象
    *   返回的是ExecutorService接口的实现类 (线程池对象)
    *   
    *   接口实现类对象,调用方法submit (Ruunable r) 提交线程执行任务
    *          
    */
 public class ThreadPoolDemo {
   public static void main(String[] args) {
 //调用工厂类的静态方法,创建线程池对象
 //返回线程池对象,是返回的接口
 ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
   //调用接口实现类对象es中的方法submit提交线程任务
 //将Runnable接口实现类对象,传递
 es.submit(new ThreadPoolRunnable());
 es.submit(new ThreadPoolRunnable());
 es.submit(new ThreadPoolRunnable());

   }
 }

 public class ThreadPoolRunnable implements Runnable {
 public void run(){
 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 线程提交任务");
 }
 }

06 Callable接口

  • A:实现线程的Callable接口方式

    /*
  *  实现线程程序的第三个方式,实现Callable接口方式
  *  实现步骤
   *    工厂类 Executors静态方法newFixedThreadPool方法,创建线程池对象
   *    线程池对象ExecutorService接口实现类,调用方法submit提交线程任务
 *    submit(Callable c)
 */
public class ThreadPoolDemo1 {
 public static void main(String[] args)throws Exception {
 ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
 //提交线程任务的方法submit方法返回 Future接口的实现类
 Future<String> f = es.submit(new ThreadPoolCallable());
 String s = f.get();
 System.out.println(s);
 }
}
  /*
 * Callable 接口的实现类,作为线程提交任务出现
 * 使用方法返回值
 */

import java.util.concurrent.Callable;

public class ThreadPoolCallable implements Callable<String>{
 public String call(){
   return "abc";
 }
}

  • B:线程实现异步计算

    /*
 * 使用多线程技术,求和
 * 两个线程,1个线程计算1+100,另一个线程计算1+200的和
 * 多线程的异步计算
 */
public class ThreadPoolDemo {
public static void main(String[] args)throws Exception {
  ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
  Future<Integer> f1 =es.submit(new GetSumCallable(100));
  Future<Integer> f2 =es.submit(new GetSumCallable(200));
  System.out.println(f1.get());
  System.out.println(f2.get());
  es.shutdown();
}
}


public class GetSumCallable implements Callable<Integer>{
private int a;
public GetSumCallable(int a){
  this.a=a;
}

public Integer call(){
  int sum = 0 ;
  for(int i = 1 ; i <=a ; i++){
    sum = sum + i ;
  }
  return sum;
}
}
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