Java之多线程创建方式

Posted 2021-03-22 wurengen

多线程的由来

我们在之前，学习的程序在没有跳转语句的前提下，都是由上至下依次执行，那现在想要设计一个程序，边打游戏边听歌，怎么设计？要解决上述问题,咱们得使用多进程或者多线程来解决.

多线程的好处：

• 提高程序运行效率，让CPU的 使用率更高。
• 多个线程之间互不影响

关于多线程的一些名词解释

• 并发：指两个或多个事件在同一个时间段内发生。
• 并行：指两个或多个事件在同一时刻发生（同时发生）。
• 进程：是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有一个独立的内存空间，一个应用程序可以同时运行多个进程；进程也是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位；系统运行一个程序即是一个进程从创建、运行到消亡的过程。简而言之：进入内存中的程序就是进程。
• 线程：线程是进程中的一个执行单元，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。我们可以理解为：应用程序到CPU的执行路径，CPU可以通过这个路径执行功能，这条路径就是线程。

线程调度

当系统只有一个CPU时，线程会以某种顺序执行多个线程，我们把这种情况称之为 线程调度。

• 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。
• 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。

抢占式调度详解

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。比如：现在我 们上课一边使用编辑器，一边使用录屏软件，同时还开着画图板，dos窗口等软件。此时，这些程序是 在同时运行，”感觉这些软件好像在同一时刻运行着“。 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。

主线程

主线程：执行主（main方法）的线程。JVM执行main方法,main方法会进入到栈内存，JVM会找操作系统开辟一条main方法通向cpu的执行路径，cpu就可以通过这个路径来执行main方法， 而这个路径有一个名字,叫main(主)线程。

单线程程序：java程序中只有一个线程，执行从main方法开始,从上到下依次执行

创建多线程程序

创建多线程程序的第一种方式:创建Thread类的子类

Java使用 java.lang.Thread 类代表线程，所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。每个线程的作用是完成一定的任务，实际上就是执行一段程序流即一段顺序执行的代码。Java使用线程执行体来代表这段程序流。Java中通过继承Thread类来创建并启动多线程的步骤如下：

1. 创建一个Thread类的子类
2. 在Thread类的子类中重写Thread类中的run方法,设置线程任务(开启线程要做什么?)
3. 创建Thread类的子类对象
4. 调用Thread类中的方法start方法,开启新的线程,执行run方法。调用 start()方法使该线程开始执行，Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。结果是两个线程并发地运行；当前线程（main线程）和另一个线程（创建的新线程,执行其 run 方法）。多次启动一个线程是非法的。特别是当线程已经结束执行后，不能再重新启动。java程序属于抢占式调度,那个线程的优先级高,那个线程优先执行;同一个优先级,随机选择一个执行

代码举例

自定义Thread的子类

package threadTest;

// 1.创建一个Thread类的子类
public class MyThread extends Thread {
    // 2.在Thread类的子类中重写Thread类中的run方法,设置线程任务(开启线程要做什么?)
    @Override
    public void run() {
        //打印三次小强
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println("小强" + i);
        }
    }
}

定义测试类

package threadTest;

public class MyThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建Thread类的子类对象
        MyThread mt = new MyThread();
        // 4.调用Thread类中的方法start方法,开启新的线程,执行run方法
        mt.start();
        //主线程里for循环打印三次旺财
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println("旺财" + i);
        }
    }
}

代码执行后的结果（每次执行结果不一样，因为Java属于抢占式调度）

多线程的原理

分析上面代码，流程图如下所示：

程序启动运行main时候，java虚拟机启动一个进程，主线程main在main()调用时候被创建。随着调用mt的对象的start方法，另外一个新的线程也启动了，这样，整个应用就在多线程下运行。通过这张图我们可以很清晰的看到多线程的执行流程，那么为什么可以完成并发执行呢？我们再来讲一讲原理。多线程执行时，到底在内存中是如何运行的呢？以上个程序为例，进行图解说明：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。

多线程程序为什么会产生随机性打印结果？

• 对于CPU而言，多线程程序有多条执行路径，cpu可以选择执行任意一条路径，我们无法控制CPU的运行，（多个线程一起抢夺CPU的执行权，谁抢夺到了执行谁的）所以有了随机性打印结果。

Thread类

API中该类中定义了有关线程的一些方法，具体如下：

构造方法：

• public Thread() :分配一个新的线程对象。
• public Thread(String name) :分配一个指定名字的新的线程对象。
• public Thread(Runnable target) :分配一个带有指定目标新的线程对象。
• public Thread(Runnable target,String name) :分配一个带有指定目标新的线程对象并指定名字。

常用方法：

• public String getName() :获取当前线程名称。
• public void start() :导致此线程开始执行; Java虚拟机调用此线程的run方法
• public void run() :此线程要执行的任务在此处定义代码。
• public static void sleep(long millis) :使当前正在执行的线程以指定的毫秒数暂停（暂时停止执行）。
• public static Thread currentThread() :返回对当前正在执行的线程对象的引用。

如何获取/设置线程的名称

获取线程的名称:

• 方式1:使用Thread类中的方法String getName() 返回该线程的名称。
• 方式2：可以先使用方法static Thread currentThread() 获取到当前正在执行的线程,在使用线程中的方法getName()获取线程的名称

设置线程的名称:

• 方式1：使用Thread类中的方法void setName(String name) 改变线程名称，使之与参数 name 相同。
• 方式2：创建一个带参数的构造方法,参数传递线程的名称;调用父类的带参构造方法,把线程名称传递给父类,让父类(Thread)给子线程起一个名字Thread(String name) 分配新的 Thread 对象。

代码举例

package demo01GetThreadName;

public class Demo01Thread extends Thread {
    public Demo01Thread() {
    }

    public Demo01Thread(String name) {
        super(name);//把线程名称传递给父类,让父类(Thread)给子线程起一个名字
    }

    @Override
    public void run() {
        //1:使用Thread类中的方法String getName() 返回该线程的名称。
        System.out.println("当前线程的名字是：" + getName());
        /*  2.可以先使用方法，static Thread currentThread() 获取到当前正在执行的线程,
        在使用线程中的方法getName()获取线程的名称
        */
        System.out.println("当前线程的名字是：" + Thread.currentThread().getName());


    }
}

定义测试类

package demo01GetThreadName;

public class Demo01ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        Demo01Thread thread = new Demo01Thread("小学");
        thread.start();
        //获取主线程的名字
        System.out.println("主线程的名字是：" + Thread.currentThread().getName());
        //重新给主线程设置名称，使用Thread类中的方法void setName(String name) 改变线程名称，使之与参数 name 相同。
        Thread.currentThread().setName("小青");
        //获取主线程的名字
        System.out.println("主线程的名字是：" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

代码执行后的结果

创建多线程程序的第二种方式:实现Runnable接口

采用 java.lang.Runnable 也是非常常见的一种，我们只需要重写run方法即可。通过实现Runnable接口，使得该类有了多线程类的特征。run()方法是多线程程序的一个执行目标。所有的多线程代码都在run方法里面。Thread类实际上也是实现了Runnable接口的类。在启动的多线程的时候，需要先通过Thread类的构造方法Thread(Runnable target) 构造出对象，然后调用Thread对象的start()方法来运行多线程代码。实际上所有的多线程代码都是通过运行Thread的start()方法来运行的。因此，不管是继承Thread类还是实现Runnabl接口来实现多线程，最终还是通过Thread的对象的API来控制线程的，熟悉Thread类的API是进行多线程编程的基础。Runnable对象仅仅作为Thread对象的target，Runnable实现类里包含的run()方法仅作为线程执行体。而实际的线程对象依然是Thread实例，只是该Thread线程负责执行其target的run()方法。

实现步骤:

1. 创建一个Runnable接口的实现类
2. 在实现类中重写Runnable接口的run方法,设置线程任务
3. 创建一个Runnable接口的实现类对象
4. 创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
5. 调用Thread类中的start方法,开启新的线程执行run方法

代码举例

定义Runnable接口的实现类

package demo02Runnable;

    //1：创建一个Runnable接口的实现类
public class Demo01Runnable implements Runnable {
    //2：在实现类中重写Runnable接口的run方法,设置线程任务
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            //线程任务输出当前线程的名字3次
            System.out.println("当前线程的名字" + Thread.currentThread().getName() + i);
        }

    }
}

定义测试类

package demo02Runnable;

public class Demo01RunnableTest {
    public static void main(String[] args) {
        //3创建一个Runnable接口的实现类对象
        Demo01Runnable runnable = new Demo01Runnable();
        //4 创建Thread类对象,构造方法中传递Runnable接口的实现类对象
        Thread thread = new Thread(runnable);
        //5 调用Thread类中的start方法,开启新的线程执行run方法
        thread.start();
        //输出3次主线程的名字
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println("主线程的名字是：" + Thread.currentThread().getName() + i);
        }
    }
}

代码执行后的结果

Thread和Runnable的区别

如果一个类继承Thread，则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话，则很容易的实现资源共享。

总结：

• 实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：
• 适合多个相同的程序代码的线程去共享同一个资源。
• 可以避免java中的单继承的局限性。
• 增加程序的健壮性，实现解耦操作，代码可以被多个线程共享，代码和线程独立。
• 线程池只能放入实现Runable或Callable类线程，不能直接放入继承Thread的类。
• 在java中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程，一个是垃圾收集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个JVM，每一个JVM其实在就是在操作系统中启动了一个进程。

匿名内部类方式实现线程的创建 

使用线程的内匿名内部类方式，可以方便的实现每个线程执行不同的线程任务操作。 

package demo02Runnable;

/*
    匿名内部类方式实现线程的创建

    匿名:没有名字
    内部类:写在其他类内部的类

    匿名内部类作用:简化代码
        把子类继承父类,重写父类的方法,创建子类对象合一步完成
        把实现类实现类接口,重写接口中的方法,创建实现类对象合成一步完成
    匿名内部类的最终产物:子类/实现类对象,而这个类没有名字

    格式:
        new 父类/接口(){
            重复父类/接口中的方法
        };
 */
public class Demo01InnerClassThread {
    public static void main(String[] args) {
        //简化接口的方式
        new Thread(new Runnable() {
            //重写run方法,设置线程任务
            @Override
            public void run() {
                //设置线程任务
                for (int i = 0; i < 3; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->" + "java");
                }
            }
        }).start();
    }
}