Java詳解實現多線程的四種方式總結

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前言

Java多線程實現方式主要有四種：

① 繼承Thread類、實現Runnable接口

② 實現Callable接口通過FutureTask包裝器來創建Thread線程

③ 使用ExecutorService、Callable

④ Future實現有返回結果的多線程

其中前兩種方式線程執行完後都沒有返回值，後兩種是帶返回值的。

一、四種方式實現多線程

1.繼承Thread類創建線程

Thread類本質上是實現瞭Runnable接口的一個實例，代表一個線程的實例。啟動線程的唯一方法就是通過Thread類的start()實例方法。start()方法是一個native方法，它將啟動一個新線程，並執行run()方法。這種方式實現多線程很簡單，通過自己的類直接extend Thread，並復寫run()方法，就可以啟動新線程並執行自己定義的run()方法。例如：

public class MyThread extends Thread {  
　　public void run() {  
　　 System.out.println("MyThread.run()");  
　　}  
}  
MyThread myThread1 = new MyThread();  
MyThread myThread2 = new MyThread();  
myThread1.start();  
myThread2.start();

2.實現Runnable接口創建線程

如果自己的類已經extends另一個類，就無法直接extends Thread，此時，可以實現一個Runnable接口，如下：

public class MyThread extends OtherClass implements Runnable {  
　　public void run() {  
　　 System.out.println("MyThread.run()");  
　　}  
}

為瞭啟動MyThread，需要首先實例化一個Thread，並傳入自己的MyThread實例：

MyThread myThread = new MyThread();  
Thread thread = new Thread(myThread);  
thread.start();

事實上，當傳入一個Runnable target參數給Thread後，Thread的run()方法就會調用target.run()，參考JDK源代碼：

public void run() {  
　　if (target != null) {  
　　 target.run();  
　　}  
}

3.實現Callable接口

通過FutureTask包裝器來創建Thread線程

Callable接口（也隻有一個方法）定義如下：

public interface Callable<V>   { 
  V call（） throws Exception;   } 
public class SomeCallable<V> extends OtherClass implements Callable<V> {
    @Override
    public V call() throws Exception {
        // TODO Auto-generated method stub
        return null;
    }
}
Callable<V> oneCallable = new SomeCallable<V>();   
//由Callable<Integer>創建一個FutureTask<Integer>對象：   
FutureTask<V> oneTask = new FutureTask<V>(oneCallable);   
//註釋：FutureTask<Integer>是一個包裝器，它通過接受Callable<Integer>來創建，它同時實現瞭Future和Runnable接口。 
  //由FutureTask<Integer>創建一個Thread對象：   
Thread oneThread = new Thread(oneTask);   
oneThread.start();   //至此，一個線程就創建完成瞭。

4.實現有返回結果的線程

使用ExecutorService、Callable、Future實現有返回結果的線程

ExecutorService、Callable、Future三個接口實際上都是屬於Executor框架。返回結果的線程是在JDK1.5中引入的新特征，有瞭這種特征就不需要再為瞭得到返回值而大費周折瞭。而且自己實現瞭也可能漏洞百出。

可返回值的任務必須實現Callable接口。類似的，無返回值的任務必須實現Runnable接口。

執行Callable任務後，可以獲取一個Future的對象，在該對象上調用get就可以獲取到Callable任務返回的Object瞭。

註意：get方法是阻塞的，即：線程無返回結果，get方法會一直等待。

再結合線程池接口ExecutorService就可以實現傳說中有返回結果的多線程瞭。

下面提供瞭一個完整的有返回結果的多線程測試例子，在JDK1.5下驗證過沒問題可以直接使用。代碼如下：

import java.util.concurrent.*;  
import java.util.Date;  
import java.util.List;  
import java.util.ArrayList;  
/** 
* 有返回值的線程 
*/  
@SuppressWarnings("unchecked")  
public class Test {  
public static void main(String[] args) throws ExecutionException,  
    InterruptedException {  
   System.out.println("----程序開始運行----");  
   Date date1 = new Date();  
   int taskSize = 5;  
   // 創建一個線程池  
   ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);  
   // 創建多個有返回值的任務  
   List<Future> list = new ArrayList<Future>();  
   for (int i = 0; i < taskSize; i++) {  
    Callable c = new MyCallable(i + " ");  
    // 執行任務並獲取Future對象  
    Future f = pool.submit(c);  
    // System.out.println(">>>" + f.get().toString());  
    list.add(f);  
   }  
   // 關閉線程池  
   pool.shutdown();  
   // 獲取所有並發任務的運行結果  
   for (Future f : list) {  
    // 從Future對象上獲取任務的返回值，並輸出到控制臺  
    System.out.println(">>>" + f.get().toString());  
   }  
   Date date2 = new Date();  
   System.out.println("----程序結束運行----，程序運行時間【"  
     + (date2.getTime() - date1.getTime()) + "毫秒】");  
}  
}  
class MyCallable implements Callable<Object> {  
private String taskNum;  
MyCallable(String taskNum) {  
   this.taskNum = taskNum;  
}  
public Object call() throws Exception {  
   System.out.println(">>>" + taskNum + "任務啟動");  
   Date dateTmp1 = new Date();  
   Thread.sleep(1000);  
   Date dateTmp2 = new Date();  
   long time = dateTmp2.getTime() - dateTmp1.getTime();  
   System.out.println(">>>" + taskNum + "任務終止");  
   return taskNum + "任務返回運行結果,當前任務時間【" + time + "毫秒】";  
}  
}

二、多線程相關知識

1.Runnable 和 Callable 的區別

主要區別 Runnable 接口 run 方法無返回值；

Callable 接口 call 方法有返回值，支持泛型 Runnable 接口 run 方法隻能拋出運行時異常，且無法捕獲處理；

Callable 接口 call 方 法允許拋出異常，可以獲取異常信息

2.如何啟動一個新線程、調用 start 和 run 方法的區別

線程對象調用 run 方法不開啟線程。僅是對象調用方法。

線程對象調用 start 開啟線程，並讓 jvm 調用 run 方法在開啟的線程中執行調用 start 方法可以啟動線程，並且使得線程進入就緒狀態，而 run 方法隻是 thread 的一 個普通方法，還是在主線程中執行。

3.線程相關的基本方法

線程相關的基本方法有 wait，notify，notifyAll，sleep，join，yield 等

線程等待（wait） 調用該方法的線程進入 waiting狀態，隻有等待另外線程的通知或被中斷才會返回，需要註意的是調用 wait()方法後，會釋放對象 的鎖。因此，wait 方 法一般用在同步方法或同步代碼塊中。

線程睡眠（sleep） sleep 導致當前線程休眠，與 wait 方法不同的是 sleep 不會釋放當前占 有的鎖,sleep(long)會導致線程進入 TIMED-WATING 狀態，而 wait()方法 會導致當前線程進入 WATING 狀態.

線程讓步（yield） yield 會使當前線程讓出 CPU 執行時間片，與其他線程一起重新競爭 CPU 時間片。一般情況下，優先級高的線程有更大的可能性成功競爭得到 CPU 時間片，但這又不是絕對的，有的操作系統對 線程優先級並不敏感。

線程中斷（interrupt） 中斷一個線程，其本意是給這個線程一個通知信號，會影響這個線程內部的 一個中斷標識位。這個線程本身並不會因此而改變狀態(如阻塞，終止等)

Join 等待其他線程終止 join() 方法，等待其他線程終止，在當前線程中調用一個線程的 join() 方 法，則當前線程轉為阻塞狀態，回到另一個線程結束，當前線程再由阻塞狀態變 為就緒狀態，等待 cpu 的寵幸.

 線程喚醒（notify） Object 類中的 notify() 方法，喚醒在此對象監視器上等待的單個線程，如 果所有線程都在此對象上等待，則會選擇喚醒其中一個線 程，選擇是任意的，並在對實現做出決定時發生，線程通過調用其中一個 wait() 方法，在對象的監視 器上等待，直到當前的線程放棄此對象上的鎖 定，才能繼續執行被喚醒的線程， 被喚醒的線程將以常規方式與在該對象上主動同步的其他所有線程進行競爭。類 似的方法還有 notifyAll() ，喚醒再 次監視器上等待的所有線程。

4.wait()和 sleep()的區別

 ① 來自不同的類 wait():來自 Object 類； sleep():來自 Thread 類；

 ② 關於鎖的釋放： wait():在等待的過程中會釋放鎖； sleep():在等待的過程中不會釋放鎖

 ③ 使用的范圍： wait():必須在同步代碼塊中使用； sleep():可以在任何地方使用；

 ④ 是否需要捕獲異常 wait():不需要捕獲異常； sleep():需要捕獲異常；

5.多線程原理

多線程原理：多線程是通過並發的方式進行。對於一個CPU它在某個時間點上，隻能執行一個程序，即同一時間隻能運行一個進程，CPU會不斷地在這些進程之間切換，每個線程執行一個時間。因為CPU的執行速度相對我們的感覺實在太快瞭，雖然CPU在多個進程之間輪換執行，但我們自己感到好像多個進程在同時執行。

CPU會在多個進程之間做著切換，如果我們開啟的程序過多，CPU切換到每一個進程的時間也會變長，我們也會感覺機器運行變慢。所以合理的使用多線程可以提高效率，但是大量使用，並不能給我們帶來效率上的提高。

多線程技術主要解決處理器單元內多個線程執行的問題，它可以顯著減少處理器單元的閑置時間，增加處理器單元的吞吐能力。

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