首页 > 编程语言 >Java并发编程实战 02 | 为什么创建线程只有一种方法?

Java并发编程实战 02 | 为什么创建线程只有一种方法?

时间:2024-09-05 16:52:26浏览次数:15  
标签:02 Runnable Java Thread 接口 线程 方法 public

在 Java 中,我们如何创建和使用线程?为什么说线程的创建方式本质上只有一种呢?本文将从并发编程的基础——如何创建线程开始,希望大家能够打好基础。虽然线程的创建看起来很简单,但其中还是有很多细节值得深入探讨。最后,我们将揭开线程实现的面纱,看清它的本质。

首先,大家可以思考一个问题:线程的实现方式有几种?大多数人会回答 2 种、3 种,甚至 4 种,但很少有人会说只有 1 种。我们先来看看常见的两种线程实现方式,以及它们背后的本质。

Thread 类和 Runnable 接口

继承Thread类

创建线程的第一种方式是继承类Thread`类,重写其中的run()方法:

class SayHelloThread extends Thread {
    public void run() {
        System.out.println("hello world");
    }
}

public class ThreadJavaApp {

    public static void main(String[] args) {
        SayHelloThread sayHelloThread = new SayHelloThread();
        sayHelloThread.start();
    }
}

//输出:
hello world

示例中在主线程中创建 SayHelloThread 实例并调用start()方法后,子线程才会启动!

实现 Runnable 接口

在 Java 中,除了直接继承 Thread 类来实现线程之外,我们还可以通过实现 Runnable 接口来创建线程。

首先我们看一下Runnable接口的地源码:

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

我们需要实现 Runnable 接口中的 run() 方法来定义线程的任务。

然而,无论是哪种方式,最终我们还是需要通过 Thread 类来启动和驱动线程。换句话说,Runnable 接口只是定义了任务的内容,而实际的线程启动和执行还是依赖于 Thread 类。

class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Hello Runnable");
    }
}

public class RunnableDemo {

    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
        new Thread(myRunnable).start();
    }
}

//输出:
Hello Runnable

此外,从 Runnable 接口的定义可以看出,它是一个函数式接口。这意味着我们可以利用 Java 8 的函数式编程 来简化代码。通过使用 Lambda 表达式,我们可以更简洁地创建和传递线程任务。

public class RunnableDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // Java 8 functional programming, you can omit the definition of MyThread class
        new Thread(() -> {
            System.out.println("Lambda expression implement Runnable");
        }).start();
    }
}

//输出:
Lambda expression implement Runnable

Callable、Future 和 FutureTask

无论是通过实现 Runnable接口 还是继承 Thread 类来创建新线程,这两种方式都有一个缺点,就是 run() 方法没有返回值。

但是大多数场景我们希望启动一个线程执行某项任务,并在任务完成后获得一个返回值。为了解决这个问题,JDK 提供了 Callable 接口。

Callable接口

Callable 接口与 Runnable 类似,也是一个只有一个抽象方法的函数式接口。不同之处在于,Callable 的 call() 方法有返回值,并且支持泛型。这使得我们能够在执行任务时,获取到具体类型的结果。

@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}

通常,Callable 接口用于定义一个有返回值的任务。与 Runnable 类似,我们可以将实现了 Callable 接口的类传递给线程来执行。然而,你可能会发现,JDK 8 中的 Thread 类并没有提供接收 Callable 作为参数的构造函数。这并不是 Java 的错误,而是有意的设计选择。

Future 接口和 FutureTask 类

为了处理 Callable 任务并获得返回值,Java 提供了 FutureTask 类。FutureTask 实现了 RunnableFuture 接口,而 RunnableFuture 接口则继承了 Runnable 接口和 Future 接口。

这意味着 FutureTask 既可以作为 Runnable 被传递给 Thread 来执行,也可以用来处理异步计算并获取结果。

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
    void run();
}

Future接口只有几个简单的方法:

public abstract interface Future<V> {
    
    public abstract boolean cancel(boolean paramBoolean);
    
    public abstract boolean isCancelled();
    
    public abstract boolean isDone();
    
    public abstract V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
    
    public abstract V get(long paramLong, TimeUnit paramTimeUnit)
            throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

各个方法的作用如下:

  • get():阻塞当前线程,直到计算完成,并返回结果。
  • get(long timeout, TimeUnit unit):阻塞当前线程,最多等待指定的时间。如果在这个时间内计算完成,则返回结果;如果超时未完成,则抛出 TimeoutException。
  • isDone:检查任务是否已完成。任务完成的状态包括正常终止、异常终止或被取消。无论是哪种情况,这个方法都会返回 true。
  • isCancelled:检查任务是否在正常完成之前被取消。如果是,返回 true。
  • cancel(boolean mayInterruptIfRunning):尝试取消任务的执行。取消并不是一定成功的,因为任务可能已经完成或者由于其他原因无法取消。boolean 类型的返回值表示取消是否成功。参数 mayInterruptIfRunning 决定是否在取消任务时中断正在执行的线程。

有时,我们会使用 Callable 代替 Runnable,以便能够在任务执行过程中获取结果或取消任务。如果使用 Future 是为了获取可取消任务的结果,Future 的结果可能是 null。正如前面所说,Future 只是一个接口,若自己实现可能会很复杂。因此,Java 提供了 FutureTask 类,简化了 Future 的实现。

FutureTask 类结合 Callable 用于完成有返回值的异步计算。它提供了 Future 接口的方法,如 cancel、get 和 isDone,并将它们的实现封装起来,方便我们直接使用。以下是一个简单的 FutureTask 使用示例:

class MyCallable implements Callable<Integer> {

    /**
     * Calculate the sum from 1 to 4
     * @return
     */
    @Override
    public Integer call() {
        int res = 0;
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            res += i;
        }
        return res;
    }
}

public class CallableDemo {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 1.Generate an instance of MyCallable
        MyCallable myCallable = new MyCallable();
        // 2.Create a FutureTask object through myCallable
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(myCallable);
        // 3.Create a Thread object through FutureTask
        Thread t = new Thread(futureTask);
        // 4.start the thread
        t.start();
        // 5.Get calculation result
        Integer res = futureTask.get();
        System.out.println(res);
    }
}

//输出:
10

为什么只有一种方法来实现线程?

通过上面的介绍,相信这个问题大家基本上都有答案了:不管是通过实现Runnable接口,实现Callable接口还是直接继承Thread类来创建线程,最终的目的都是为了创建一个Thread实例来启动线程,也就是new Thread(),只是创建的形式不同而已!

除了这些常见创建线程的方法,还有其他的线程管理方式。例如,我们可以使用线程池等预置的工具类来创建和管理线程,这些工具类可以更高效地处理线程的生命周期和资源分配。后续的文章会单独介绍。

实现Runnable接口比继承Thread类更好。

Thread类的优点

  • 简单直观:由于 Thread 类直接继承自 Thread,代码结构比较简单,容易理解和使用。
  • 线程控制:可以直接调用 Thread 类的方法来控制线程的状态,例如启动、暂停和停止等操作。

Thread类的缺点

  • 单重继承的局限性:Java 不支持多重继承,因此如果继承了 Thread 类,就无法继承其他类,限制了类的扩展。
  • 代码耦合度:线程类与线程执行逻辑紧密耦合,可能导致代码的复用性和维护性下降。

Runnable接口的优点

  • 更好的代码重用:通过实现 Runnable 接口,可以将线程执行逻辑(即 run() 方法中的代码)与线程的管理逻辑(如启动和控制线程的操作)分开了,实现更高的代码重用性。
  • 多重实现灵活性:由于接口可以实现多个,因此可以避免 Thread 类的单一继承限制。

Runnable接口的缺点

  • 代码稍微复杂一些:需要创建一个实现 Runnable 接口的类,并实现 run() 方法,然后通过 Thread 类来启动线程。
  • 没有线程控制方法: Runnable 接口本身不包含线程控制方法,需要通过 Thread 对象来调用这些控制方法。

因此,综合考虑,通常建议通过实现Runnable接口来创建线程,以获得更好的代码可重用性和可扩展性。

线程的start()方法

在 Java 中,线程的启动是通过调用 start() 方法来实现的。当你在程序中调用 start() 方法时,虚拟机会首先创建一个新的线程,并且会等待这个线程首次获得 CPU 时间片之后才会调用 run() 方法来执行具体的任务。

需要注意的是,start() 方法只能被调用一次。如果尝试对同一个线程对象再次调用 start(),将会抛出 IllegalThreadStateException 异常。因为线程一旦启动,其状态会变为“准备”,之后不能再被重新启动。

下面是 start() 方法的简化源码说明:

public synchronized void start() {
    //0对应于状态“NEW”。
    if (threadStatus != 0)
        throw new IllegalThreadStateException();
   group.add(this);   
    boolean started = false;
    try {
        start0();   //The native method calls the underlying method that actually creates the thread.
        started = true;
    } finally {
        try {
            if (!started) {
                group.threadStartFailed(this);
            }
        } catch (Throwable ignore) {
            /* do nothing. If start0 threw a Throwable then
              it will be passed up the call stack */
        }
    }
}

start() 方法的真正工作是由 start0() 完成的。start0() 是一个原生方法,它由底层操作系统实现,用于实际创建和启动线程。这一过程包括线程的初始化和调度,使得线程能够在 JVM 中并行执行。

关于ThreadGroup的概念我们会在后续的文章中介绍,这里可以先忽略,有个印象即可。

Thread类的几个常用方法

这里我们简要介绍一下 Thread 类的一些常用方法,了解这些方法可以帮助你更好地进行多线程编程。具体的使用场景将在后续的文章中详细讨论:

  • currentThread():这是一个静态方法,用于返回当前正在执行的线程对象的引用。通过这个方法,你可以获取到当前线程的信息。
  • sleep(long millis):这是一个静态方法,使当前线程休眠指定的时间(以毫秒为单位)。调用这个方法可以暂停线程的执行,直到指定的时间到达。
  • yield():这个方法表示当前线程愿意让出对处理器的占用,从而允许其他线程获得执行机会。请注意,即使调用了 yield() 方法,当前线程仍然可能继续运行,具体是否让出取决于线程调度器的实现。
  • join():这个方法使当前线程等待另一个线程执行完成后才继续执行。内部实际上是通过调用 Object 类的 wait() 方法来实现的。这对于确保一个线程在另一个线程完成后再继续执行非常有用。

标签:02,Runnable,Java,Thread,接口,线程,方法,public
From: https://blog.csdn.net/weixin_42627385/article/details/141935198

相关文章

  • Overloud Gem Bundle Complete 2024 是一套出色的音频插件
    OverloudGemBundleComplete2024是一套出色的音频插件,专为专业音频工程师、音乐制作人和爱好者设计。它精确模拟了古老的模拟电路,提供了丰富、温暖和逼真的声音,适合高质量音频创作。该套件还加入了Dopamine、ECHOSON、Mod、Modula、OTD-2和Sculptube等增强功能,扩展了音乐......
  • 裁员的风吹到了2024,软件测试行业还有前景吗?
    前一段时间IBM中国"灭霸式"裁员引爆互联网,前后仅花费了三分钟时间,就裁撤员工超过1000人。这次被裁的主要是研发及测试岗位,涉及部门是IBM中国开发中心(CDL)和IBM中国系统中心(CSL)。而这位现任IBM印度裔CEO此前已经在全球范围内进行了多轮裁员。IBM中国研发部门的关闭并非孤立事件......
  • Java环境配置包含Maven,idea配置,保姆级教程!
    1.本期工具Maven:https://maven.apache.org/Java:https://www.oracle.com/cn/java/technologies/downloads/#java22Idea:https://www.jetbrains.com/zh-cn/idea/download/?section=windows2.Java安装配置1.jdk下载官网下载:https://www.oracle.com/cn/java/techn......
  • 基于JAVA的个人理财系统设计与实现的计算机毕设
    基于JAVA的个人理财系统设计与实现摘要随着现在社会的快速发展和进步,人们的生活水平也不断提高,人们不仅在生活物质上提高,而且在整体素质上也不断提高,在某个职业道德也投入了很多的资金和时间。对于一些年轻的人来说,在资金和物质上有时候不知道该如何去操作,也更不知道去如何将这......
  • 月老网相亲:2024年下半年结婚领证黄道吉日
    不知不觉间,2024年过了一半过身了,各位单身的小伙伴要加油脱单呀,找到对象的速度求婚结婚,在余下的2024年下半年,有哪些结婚领证的黄道吉日呢?‌2024年下半年适合领结婚证的黄道吉日有很多,具体如下‌: ‌7月‌:共有14天适合领证,其中6天为周末或节假日;‌8月‌:共有13天适合领证,其中......
  • 2024.08.03科大讯飞飞凡计划(简单)
    1.交换树节点给定一棵树,每个节点有一个权值。现在每次可以交换任意两个节点的权值,请问最少多少次交换可以使得每个节点的权值等于它的编号?保证给出的权值是一个排列,也就是说保证一定有解。不用考虑树的关系,因为不是相邻交换```intmain(){intn;cin>>n;v......
  • Java中的图像复原:如何实现高效的去雾与去雨算法
    Java中的图像复原:如何实现高效的去雾与去雨算法大家好,我是阿可,微赚淘客系统及省赚客APP创始人!今天我们来探讨在Java中如何实现高效的图像复原技术,特别是去雾和去雨算法的实现和优化。一、图像复原的概念与挑战图像复原是指在受到各种干扰的图像中恢复出原始的清晰图像。......
  • Java毕设项目II基于Java的英语知识应用网站
    目录一、前言二、技术介绍三、系统实现四、论文参考五、核心代码六、源码获取全栈码农以及毕业设计实战开发,CSDN平台Java领域新星创作者,专注于大学生项目实战开发、讲解和毕业答疑辅导。获取源码联系方式请查看文末一、前言在全球化日益加深的今天,英语作为国际交流......
  • java+vue计算机毕设社区独居老人健康管理系统【源码+开题+论文】
    本系统(程序+源码)带文档lw万字以上文末可获取一份本项目的java源码和数据库参考。系统程序文件列表开题报告内容研究背景随着我国人口老龄化的加速,独居老人的数量显著增加,这一群体在健康管理上面临着诸多挑战。传统的养老模式难以全面覆盖并有效满足独居老人的健康需求,特......
  • java+vue计算机毕设汽车租赁管理系统【源码+开题+论文】
    本系统(程序+源码)带文档lw万字以上文末可获取一份本项目的java源码和数据库参考。系统程序文件列表开题报告内容研究背景随着城市化进程的加速和居民生活水平的提高,汽车租赁作为一种便捷、灵活的出行方式,日益受到广大消费者的青睐。传统汽车租赁行业面临着管理效率低下、......