淺談 Java多線程
線程與進程
什麼是進程？
當一個程序進入內存中運行起來它就變為一個進程。因此，進程就是一個處於運行狀態的程序。同時進程具有獨立功能，進程是操作系統進行資源分配和調度的獨立單位。
什麼是線程？
線程是進程的組成部分。通常情況下，一個進程可擁有多個線程，而一個線程只能擁有一個父進程。
線程可以擁有自己的堆棧、自己的程序計數器及自己的局部變量，但是線程不能擁有系統資源，它與其父進程的其他線程共享進程中的全部資源，這其中包括進程的代碼段、數據段、堆空間以及一些進程級的資源（例如，打開的文件等）。
線程是進程的執行單元，是CPU調度和分派的基本單位，當進程被初始化之後，主線程就會被創建。同時如果有需要，還可以在程序執行過程中創建出其他線程，這些線程之間也是相互獨立的，並且在同一進程中並發執行。因此一個進程中可以包含多個線程，但是至少要包含一個線程，即主線程。
一個進程中的線程
Java中的線程
Java 中使用Thread類表示一個線程。所有的線程對象都必須是Thread或其子類的對象。Thread 類中的 run 方法是該線程的執行代碼。讓我們來看一個實例：
public class Ticket extends Thread{
// 重寫run方法
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println(getName() + ": " + i);
}
}
}
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
// 1.創建線程
Thread thread1 = new Ticket();
Thread thread2 = new Ticket();
// 2.啟動線程
thread1.start();
thread2.start();
}
}
運行結果如下：
通過上面的代碼和運行結果，我們可以得到:
線程運行的幾個特點：
1.同一進程下不同線程的調度不由程序控制。線程的執行是搶佔式的，運行的順序和線程的啟動順序是無關的，當前運行的線程隨時都可能被掛起，然後其他進程搶佔運行。
2.線程獨享自己的堆棧程序計數器和局部變量。兩個進程的局部變量互不干擾，各自的執行順序也是互不干擾。
3.兩個線程並發執行。兩個線程同時向前推進，並沒有說執行完一個後再執行另一個。
start()方法和run()方法：
啟動一個線程必須調用Thread 類的 start()方法，使該線程處於就緒狀態，這樣該線程就可以被處理器調度。
run()方法是一個線程所關聯的執行代碼，無論是派生自 Thread類的線程類，還是實現Runnable接口的類，都必須實現run()方法，run()方法里是我們需要線程所執行的代碼。
實現多線程必須調用Thread 類的 start()方法來啟動線程，使線程處於就緒狀態隨時供CPU調度。如果直接調用run()方法的話，只是調用了Thread類的一個普通方法，會立即執行該方法中的代碼，並沒有實現多線程技術。
Java中多線程的實現方法
在Java中有三種方法實現多線程。
第一種方法：使用Thread類或者使用一個派生自Thread 類的類構建一個線程。
第二種方法：實現Runnable 接口來構建一個線程。(推薦使用)
第三種方法：實現Callable 接口來構建一個線程。(有返回值)
第一種方法
使用Thread類或者使用一個派生自Thread 類的類構建一個線程。
public class Ticket extends Thread{
// 重寫run方法
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println(getName() + ": " + i);
}
}
}
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
// 1.創建線程
Thread thread1 = new Ticket();
Thread thread2 = new Ticket();
// 2.啟動線程
thread1.start();
thread2.start();
}
}
看上面的代碼，我們創建了一個Ticket類，它繼承了Thread類，重寫了Thread類的run方法。然後我們用Ticket類創建了兩個線程，並且啟動了它們。我們不推薦使用這種方法，因為一個類繼承了Thread類，那它就沒有辦法繼承其他類了，這對較為複雜的程序開發是不利的。
第二種方法
實現Runnable 接口來構建一個線程。
public class Ticket implements Runnable{
// 重寫run方法
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i);
}
}
}
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
// 1.創建線程
Ticket t1 = new Ticket();
Ticket t2 = new Ticket();
Thread thread1 = new Thread(t1, "買票1號");
Thread thread2 = new Thread(t2, "買票2號");
// 2.啟動線程
thread1.start();
thread2.start();
}
}
我們創建了一個Ticket類，實現了Runnable接口，在該類中實現了run方法。在啟動線程前，我們要創建一個線程對象，不同的是我們要將一個實現了Runnable接口的類的對象作為Thread類構造方法的參數傳入，以構建線程對象。構造方法Thread的第二個參數用來指定該線程的名字，通過Thread.currentThread().getName()可獲取當前線程的名字。
在真實的項目開發中，推薦使用實現Runnable接口的方法進行多線程編程。因為這樣既可以實現一個線程的功能，又可以更好地復用其他類的屬性和方法。
第三種方法
實現Callable 接口來構建一個線程。
public class TestThread {
public static void main(String[] args) {
// 1.創建Callable的實例
Callable<String> callable = new Callable<String>() {
@Override
public String call() throws Exception {
Thread.sleep(7000);
return "我結束了";
}
};
// 2.通過FutureTask接口的實例包裝Callable的實例
FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(callable);
// 3.創建線程並啟動
new Thread(futureTask).start();
// 4.獲得結果並打印
try {
System.out.println(futureTask.get());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
首先我們用匿名內部類創建了一個實現Callable接口的類的對象，然後通過FutureTask 的實例包裝了Callable的實例，這樣我們就可以通過一個Thread 對象在新線程中執行call()方法，同時又可以通過get方法獲取到call()的返回值。然後創建線程並啟動它，最後在線程執行完執行完call()方法後得到返回值並打印。
我們來看一下Callable的源碼：
public interface Callable<V> {
/**
* Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
*
* @return computed result
* @throws Exception if unable to compute a result
*/
V call() throws Exception;
}
從Callable 的定義可以看出，Callable接口是一個泛型接口，它定義的call()方法類似於Runnable 的run()方法，是線程所關聯的執行代碼。但是與run()方法不同的是，call()方法具有返回值，並且泛型接口的參數V指定了call()方法的返回值類型。同時，如果call()方法得不到返回值將會拋出一個異常，而在Runnable的run()方法中不能拋出異常。
如何獲得call()方法的返回值呢？
通過Future接口來獲取。Future接口定義了一組對 Runnable 或者Callable 任務的執行結果進行取消、查詢、獲取、設置的操作。其中get方法用於獲取call()的返回值，它會發生阻塞，直到call()返回結果。
這樣的線程調用與直接同步調用函數有什麼差異呢？
在上面的例子中，通過future.get()獲取 call()的返回值時，由於call方法中會 sleep 7s,所以在執行future.get()的時候主線程會被阻塞而什麼都不做，等待call()執行完並得到返回值。但是這與直接調用函數獲取返回值還是有本質區別的。
因為call()方法是運行在其他線程里的，在這個過程中主線程並沒有被阻塞，還是可以做其他事情的，除非執行future.get()去獲取 call()的返回值時主線程才會被阻塞。所以當調用了Thread.start()方法啟動 Callable 線程後主線程可以執行別的工作，當需要call()的返回值時再去調用future.get()獲取，此時call()方法可能早已執行完畢，這樣就可以既確保耗時操作在工作線程中完成而不阻擋主線程，又可以得到線程執行結果的返回值。而直接調用函數獲取返回值是一個同步操作，該函數本身就是運行在主線程中，所以一旦函數中有耗時操作，必然會阻擋主線程。
