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


    Java学习笔记 23- 线程之Thread、Runnable、Callable_第1张图片
    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 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{
     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 f1 =es.submit(new GetSumCallable(100));
      Future f2 =es.submit(new GetSumCallable(200));
      System.out.println(f1.get());
      System.out.println(f2.get());
      es.shutdown();
    }
    }
    
    
    public class GetSumCallable implements Callable{
    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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