Java并发学习之四种线程创建方式的实现与对比

一灰灰blog

发布于 2018-02-06 16:37:22

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发布于 2018-02-06 16:37:22

文章被收录于专栏：小灰灰小灰灰

线程创建的几种方式

在并发编程中，最基本的就是创建线程了，那么一般的创建姿势是怎样的，又都有些什么区别

一般来讲线程创建有四种方式:

继承Thread
实现Runnable接口
实现Callable接口，结合 FutureTask使用
利用该线程池ExecutorService、Callable、Future来实现

所以本篇博文从布局来讲，分为两部分

实例演示四种使用方式
对比分析四种使用方式的异同，以及适合的应用场景

I. 实例演示

目标: 创建两个线程并发实现从1-1000的累加

1. 继承Thread实现线程创建

实现逻辑如下

public class AddThread extends Thread {

    private int start, end;

    private int sum = 0;

    public AddThread(String name, int start, int end) {
        super(name);
        this.start = start;
        this.end = end;
    }
    public void run() {
        System.out.println("Thread-" + getName() + " 开始执行!");
        for (int i = start; i <= end; i ++) {
            sum += i;
        }
        System.out.println("Thread-" + getName() + " 执行完毕! sum=" + sum);
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int start = 0, mid = 500, end = 1000;

        AddThread thread1 = new AddThread("线程1", start, mid);
        AddThread thread2 = new AddThread("线程2", mid + 1, end);

        thread1.start();
        thread2.start();

        // 确保两个线程执行完毕
        thread1.join();
        thread2.join();

        int sum = thread1.sum + thread2.sum;
        System.out.println("ans: " + sum);
    }
}

输出结果

Thread-线程1 开始执行!
Thread-线程2 开始执行!
Thread-线程1 执行完毕! sum=125250
Thread-线程2 执行完毕! sum=375250
ans: 500500

一般实现步骤:

继承 Thread 类
覆盖 run() 方法
直接调用 Thread#start() 执行

逻辑比较清晰，只需要注意覆盖的是run方法，而不是start方法

2. 实现Runnable接口方式创建线程

public class AddRun implements Runnable {

    private int start, end;
    private int sum = 0;

    public AddRun(int start, int end) {
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始执行!");
        for(int i = start; i <= end; i++) {
            sum += i;
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 执行完毕! sum=" + sum);
    }


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int start = 0, mid = 500, end = 1000;
        AddRun run1 = new AddRun(start, mid);
        AddRun run2 = new AddRun(mid + 1, end);
        Thread thread1 = new Thread(run1, "线程1");
        Thread thread2 = new Thread(run2, "线程2");

        thread1.start();
        thread2.start();

        thread1.join();
        thread2.join();
        int sum = run1.sum + run2.sum;
        System.out.println("ans: " + sum);
    }
}

输出结果

线程2 开始执行!
线程1 开始执行!
线程2 执行完毕! sum=375250
线程1 执行完毕! sum=125250
ans: 500500

一般实现步骤:

实现Runnable接口
获取实现Runnable接口的实例，作为参数，创建Thread实例
执行 Thread#start() 启动线程

说明

相比于继承Thread，这里是实现一个接口，最终依然是借助 Thread#start()来启动线程

然后就有个疑问：

两者是否有本质上的区别，在实际项目中如何抉择？

3. 实现Callable接口，结合FutureTask创建线程

Callable接口相比于Runnable接口而言，会有个返回值，那么如何利用这个返回值呢?

demo如下

public class AddCall implements Callable<Integer> {

    private int start, end;

    public AddCall(int start, int end) {
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        int sum = 0;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始执行!");
        for (int i = start; i <= end; i++) {
            sum += i;
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 执行完毕! sum=" + sum);
        return sum;
    }


    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        int start = 0, mid = 500, end = 1000;
        FutureTask<Integer> future1 = new FutureTask<>(new AddCall(start, mid));
        FutureTask<Integer> future2 = new FutureTask<>(new AddCall(mid + 1, end));

        Thread thread1 = new Thread(future1, "线程1");
        Thread thread2 = new Thread(future2, "线程2");

        thread1.start();
        thread2.start();

        int sum1 = future1.get();
        int sum2 = future2.get();
        System.out.println("ans: " + (sum1 + sum2));
    }
}

输出结果

线程2 开始执行!
线程1 开始执行!
线程2 执行完毕! sum=375250
线程1 执行完毕! sum=125250
ans: 500500

一般实现步骤：

实现Callable接口
以Callable的实现类为参数，创建FutureTask实例
将FutureTask作为Thread的参数，创建Thread实例
通过 Thread#start 启动线程
通过 FutreTask#get() 阻塞获取线程的返回值

说明

Callable接口相比Runnable而言，会有结果返回，因此会由FutrueTask进行封装，以期待获取线程执行后的结果；

最终线程的启动都是依赖Thread#start

4. 线程池方式创建

demo如下，创建固定大小的线程池，提交Callable任务，利用Future获取返回的值

public class AddPool implements Callable<Integer> {
    private int start, end;

    public AddPool(int start, int end) {
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        int sum = 0;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始执行!");
        for (int i = start; i <= end; i++) {
            sum += i;
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 执行完毕! sum=" + sum);
        return sum;
    }

    public static void main(String[] arg) throws ExecutionException, InterruptedException {
        int start=0, mid=500, end=1000;
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
        Future<Integer> future1 = executorService.submit(new AddPool(start, mid));
        Future<Integer> future2 = executorService.submit(new AddPool(mid+1, end));

        int sum = future1.get() + future2.get();
        System.out.println("sum: " + sum);
    }
}

输出

pool-1-thread-1 开始执行!
pool-1-thread-2 开始执行!
pool-1-thread-1 执行完毕! sum=125250
pool-1-thread-2 执行完毕! sum=375250
sum: 500500

一般实现逻辑：

创建线程池（可以利用JDK的Executors，也可自己实现）
创建Callable 或 Runnable任务，提交到线程池
通过返回的 Future#get 获取返回的结果

II. 对比分析

1. 分类

上面虽然说是有四种方式，但实际而言，主要划分为两类

继承Thread类，覆盖run方法填写业务逻辑
实现Callable或Runnable接口，然后通过Thread或线程池来启动线程

此外，还有一种利用Fork/Join框架来实现并发的方式，后续专门说明，此处先略过

2. 区分说明

继承和实现接口的区别

先把线程池的方式拎出来单独说，这里主要对比Thread, Callable, Runnable三中方式的区别

个人理解，线程的这两种方式的区别也就只有继承和实现接口的本质区别：

一个是继承Thread类，可以直接调用实例的 start()方法来启动线程；另一个是实现接口，需要借助 Thread#start()来启动线程

继承因为java语言的限制，当你的任务需要继承一个自定义的类时，会有缺陷；而实现接口却没有这个限制

至于网上很多地方说的实现Runnable接口更利于资源共享什么的，比如下面这种作为对比的

public class ShareTest {
    private static class MyRun implements Runnable {
        private volatile AtomicInteger ato = new AtomicInteger(5);
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                int tmp = ato.decrementAndGet();
                System.out.println(Thread.currentThread() + " : " + tmp);
                if (tmp <= 0) {
                    break;
                }
            }
        }
    }


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyRun run = new MyRun();
        Thread thread1 = new Thread(run, "线程1");
        Thread thread2 = new Thread(run, "线程2");

        thread1.start();
        thread2.start();

        thread1.join();
        thread2.join();
        System.out.println("over");
    }
}

输出：

Thread[线程1,5,main] : 4
Thread[线程2,5,main] : 3
Thread[线程1,5,main] : 2
Thread[线程2,5,main] : 1
Thread[线程1,5,main] : 0
Thread[线程2,5,main] : -1
over

MyRun实现Runnable接口，然后创建一个实例，将这个实例作为多个Thread的参数构造Thread类，然后启动线程，发现这几个线程共享了 MyRun#ato 变量

然而上面这个实现接口改成继承Thread，其他都不变，也没啥两样

public class ShareTest {

    private static class MyRun extends Thread {
        private volatile AtomicInteger ato = new AtomicInteger(5);
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                int tmp = ato.decrementAndGet();
                System.out.println(Thread.currentThread() + " : " + tmp);
                if (tmp <= 0) {
                    break;
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyRun run = new MyRun();
        Thread thread1 = new Thread(run, "线程1");
        Thread thread2 = new Thread(run, "线程2");

        thread1.start();
        thread2.start();

        thread1.join();
        thread2.join();
        System.out.println("over");
    }
}

输出如下

Thread[线程1,5,main] : 4
Thread[线程2,5,main] : 3
Thread[线程1,5,main] : 2
Thread[线程1,5,main] : 0
Thread[线程2,5,main] : 1
Thread[线程2,5,main] : -1
over

上面除了说明使用Runnable更利于资源共享神马的，其实并没有之外，还有一个比较有意思的，为什么会输出-1？

如果我这个任务是售票的话，妥妥的就超卖了，这个问题留待后续详解

Runnable, Callable两种区别

这两个就比较明显了，最根本的就是

Runnable 无返回结果
Callable 有返回结果

从根源出发，就直接导致使用姿势上的区别

举个形象的例子说明两种方式的区别：

小明家今儿没米了，小明要吃饭怎么办？

小明他妈对小明说，去你大爷家吃饭吧，至于小明到底吃没吃着，小妈他妈就不管了，这就是Runnable方式；

小明他妈一想，这一家子都要吃饭，我先炒个菜，让小明去大爷家借点米来，所以就等着小明拿米回来开锅，这就是Callable方式

1.Runnable

Runnable不关心返回，所以任务自己默默的执行就可以了，也不用告诉我完成没有，我不care，您自己随便玩，所以一般使用就是

new Thread(new Runnable() { public void run() {...} }).start()

换成JDK8的 lambda表达式就更简单了 new Thread(() -> {}).start();

2.Callable

相比而言，callbale就悲催一点，没法这么随意了，因为要等待返回的结果，但是这个线程的状态我又控制不了，怎么办？借助FutrueTask来玩，所以一般可以看到使用方式如下:

FutureTask<Object> future = new FutureTask<>(() -> null);
new Thread(future).start();
Object obj = future.get(); // 这里会阻塞，直到线程返回值

Thread启动和线程池启动方式

这个就高端了，线程池一听就感觉厉害了，前面的四中方式有三种都是Thread#start()来启动线程，这也是我们最常用的方式，这里单独说一下线程池的使用姿势

首先是创建一个线程池
利用 ExecutorService#submit()提交线程
Future<Object> 接收返回

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
Future<Integer> future1 = executorService.submit(()-> 10);
int ans = future1.get();

说明，这里提交线程之后，并不表示线程立马就要执行，也不表示一定可以执行（这个留待后续线程池的学习中探讨）

III. 小结

四种创建方式

继承Thread类，覆盖run方法，调用 Thread#start启动
实现Runnable接口，创建实例，作为Thread构造参数传入，调用 Thread#start启动 new Thread(() -> {}).start()
实现Callable接口，创建实例，作为FutureTask<>构造参数创建FutureTask对象，将FutureTask对象作为Thread构造参数传入，调用 Thread#start启动 FutureTask<Object> future = new FutureTask<>(() -> null); new Thread(future).start(); Object obj = future.get(); // 这里会阻塞，直到线程返回值
创建一个线程池,利用 ExecutorService#submit()提交线程,Future<Object> 接收返回 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2); Future<Integer> future1 = executorService.submit(()-> 10); int ans = future1.get();

区别与应用场景

继承和实现接口的方式唯一区别就是继承和实现的区别，不存在共享变量的问题
需要获取返回结果时，结合 FutureTask和Callable来实现
Thread和Runnable的两种方式，原则上想怎么用都可以，个人也没啥好推荐的，随意使用
线程池需要注意线程复用时，对ThreadLocal中变量的串用问题（本篇没有涉及，等待后续补上）

注意

利用线程池创建线程，实际上依然是借助的Runnable或者Callable，能否算一种新的方式纯看个人理解
采用Timer方式实现定时任务的方式，也是一种新的创建线程的方式，这里也没有多说，后续将有一篇专门说明定时任务的博文介绍其用法

IV. 其他

声明

尽信书则不如，已上内容，纯属一家之言，因本人能力一般，见识有限，如有问题，请不吝指正，感激

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