Java中的多线程

原创

拳四郎 2012-09-26 11:17:00 ©著作权

文章标签 java string 任务多线程 thread exception 文章分类 Java 后端开发

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一、提要
java中的多线程算是java中的一个很大的难点，虽然看了很多书，相信对于很多接触 java不够深的人来说，多线程永远都是心中的痛！
今天我们就通过大量的例子来彻底把它征服 .

二、Runable接口
实现 Runable接口是实现多线程的一种方法。看例子

package thread; public class LiftOff implements Runnable { protected int countDown = 10; // Default private static int taskCount = 0; private final int id = taskCount++; public LiftOff() {} public LiftOff(int countDown) { this.countDown = countDown; } public String status() { return "#" + id + "(" + (countDown > 0 ? countDown : "Liftoff!") + "), "; } public void run() { while(countDown-- > 0) { System.out.print(status()); Thread.yield(); } } }

这个类的实现了一个线程：implements了Runable接口，实现了 run方法。
通常情况下，run方法中都会有意个循环，直到任务结束的时候才会跳出来。
线程的主要任务是循环十次，每次打印出终端状态。Thread.yield()的作用是如果线程队列中有线程等待，则阻塞自己，
将资源交给下一个等待的线程。

在main函数中调用如下：

package thread; public class Main { public static void main(String[] arges) { LiftOff tmp=new LiftOff(); tmp.run(); System.out.println("Waiting for LiftOff"); } }

将类型初始化实例时候，直接调用run方法，线程就会开始运行。
运行结果：
#0(9), #0(8), #0(7), #0(6), #0(5), #0(4), #0(3), #0(2), #0(1), #0(Liftoff!), Waiting for LiftOff
这里实际上并没有线程的概念，只是用到了一些简单的函数调用。
真正的线程需要将Runable装到一个Thread中去。

三、Thread实例
传统的使用Runable对象的方法就是把它作为一个参数传给Thread的构造函数作为参数，然后调用Thread的start()方法来启动线程。
start()方法对Runale进行了一些必要的初始化，然后调用Runable的run方法。
将原main函数改写如下：

package thread; public class Main { public static void main(String[] arges) { Thread t = new Thread(new LiftOff()); t.start(); System.out.println("Waiting for LiftOff");   } }

运行结果：
Waiting for LiftOff
#0(9), #0(8), #0(7), #0(6), #0(5), #0(4), #0(3), #0(2), #0(1), #0(Liftoff!),

运行的结果和之前的例子类似，但“Waiting for LiftOff“出现的位置不同了。
原理：在程序的第五行声明了一个线程，并初始化，一个LiftOff对象作为参数传进去。
第六行通过线程调用启动了t线程，但main线程还可以继续干自己的事，cpu给的时间片还没用完，于是“Waiting for LiftOff”就先被打印出来了，之后时间片被用完了，资源交给t线程，运行的内容被打印出来了。
下面是在main中启动多个线程：

package thread; public class Main {   public static void main(String[] arges) { for(int i = 0; i < 5; i++) new Thread(new LiftOff()).start(); System.out.println("Waiting for LiftOff"); } }

修改一下LiftOff类：

package thread; public class LiftOff implements Runnable { private static int taskCount = 0; private final int id = taskCount++; public LiftOff() {} public void run() { System.out.println("startThreadId: " + id); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException ignored) { } System.out.println("endTHreadId: " + id); } }

运行结果：
startThreadId: 0
startThreadId: 1
startThreadId: 2
startThreadId: 3
Waiting for LiftOff
startThreadId: 4
endTHreadId: 0
endTHreadId: 1
endTHreadId: 2
endTHreadId: 3
endTHreadId: 4

运行的结果反映了多线程运行的时候线程的调度。调度的规则主要由线程管理器来决定，在多核心的计算机中，线程管理器会把线程交由不同的cpu来完成。
由于线程的调度机制并不是确定的，不同版本的jdk所得到的结果是不同的。
对于打印结果的理解：运行之后哦main线程尝试创建5个线程，但在创建#3进程的时候时间片用完了，main的Thread进入等待队列，接着时间片论转到最先进入线程队列的#0进程->#0时间片用完（线程还没销毁）->时间片轮转到#1->#1时间片用完....(看不懂的要回头学一下操作系统中进程管理的知识)。

四、使用Executors
线程池由 Executor 框架提供。 Executor 框架将处理请求任务的提交和它的执行解耦。可以制定执行策略。在线程池中执行线程可以重用已经存在的线程，而不是创建新的线程，可以在处理多请求时抵消线程创建、消亡产生的开销。
ExecutorService 的几个重要方法：
1、shutdown方法：这个方法会平滑地关闭ExecutorService，当我们调用这个方法时，ExecutorService停止接受任何新的任务且等待已经提交的任务执行完成(已经提交的任务会分两类：一类是已经在执行的，另一类是还没有开始执行的)，当所有已经提交的任务执行完毕后将会关闭ExecutorService。
2、awaitTermination方法：这个方法有两个参数，一个是timeout即超时时间，另一个是unit即时间单位。这个方法会使线程等待timeout时长，当超过timeout时间后，会监测ExecutorService是否已经关闭，若关闭则返回true，否则返回false。一般情况下会和shutdown方法组合使用
直接看代码：

package thread; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class Main {   public static void main(String[] arges) { //ExecutorService exec = Executors.newSingleThreadExecutor(); ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(3); for(int i = 0; i <5; i++) { try{ exec.execute(new LiftOff()); //Thread.sleep(1000); }catch(Exception e) { e.printStackTrace(); } } exec.shutdown(); System.out.println("Waiting for LiftOff"); } }

运行结果：
startThreadId: 0
startThreadId: 1
Waiting for LiftOff
startThreadId: 2
endThreadId: 0
startThreadId: 3
endThreadId: 1
startThreadId: 4
endThreadId: 2
endThreadId: 3
endThreadId: 4

newCachedThreadPool()创建一个可根据需要创建新线程的线程池，newSingleThreadExecutor（）约等于newFixedThreadPool(1)

SingleThreadExecutor运行结果：
Waiting for LiftOff
startThreadId: 0
endThreadId: 0
startThreadId: 1
endThreadId: 1
startThreadId: 2
endThreadId: 2
startThreadId: 3
endThreadId: 3
startThreadId: 4
endThreadId: 4


CachedThreadPool运行结果：
startThreadId: 0
startThreadId: 1
startThreadId: 2
startThreadId: 3
Waiting for LiftOff
startThreadId: 4
endThreadId: 0
endThreadId: 1
endThreadId: 2
endThreadId: 3
endThreadId: 4

Executors还是有点难理解，需要很多的实战才能有更好的体会，这里点到为止。

五、Callable 和 Future接口
Callable是类似于Runnable的接口，实现Callable接口的类和实现Runnable的类都是可被其它线程执行的任务。
Callable和Runnable有几点不同：
（1）Callable规定的方法是call()，而Runnable规定的方法是run().
（2）Callable的任务执行后可返回值，而Runnable的任务是不能返回值的。
（3）call()方法可抛出异常，而run()方法是不能抛出异常的。
（4）运行Callable任务可拿到一个Future对象，
Future 表示异步计算的结果。它提供了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并检索计算的结果。
通过Future对象可了解任务执行情况，可取消任务的执行，还可获取任务执行的结果。

代码示例：

import java.util.concurrent.Callable; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Future; public class CallableTest {     /** *//**         * 自定义一个任务类，实现Callable接口         */         public static class MyCallableClass implements Callable{              // 标志位              private int flag = 0;              public MyCallableClass(int flag){                  this.flag = flag;              }              public String call() throws Exception{                  if (this.flag == 0){                      // 如果flag的值为0，则立即返回                      return "flag = 0";                  }                   if (this.flag == 1){                      // 如果flag的值为1，做一个无限循环                      try {                          while (true) {                              System.out.println("looping.");                              Thread.sleep(2000);                          }                      } catch (InterruptedException e) {                   //如果线程被终止，打印提示                     System.out.println("Interrupted");                      }                      return "false";                  } else {                      // falg不为0或者1，则抛出异常                      throw new Exception("Bad flag value!");                  }              }          }                    public static void main(String[] args) {              // 定义3个Callable类型的任务              MyCallableClass task1 = new MyCallableClass(0);              MyCallableClass task2 = new MyCallableClass(1);              MyCallableClass task3 = new MyCallableClass(2);                            // 创建一个执行任务的服务              ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(3);              try {                  // 提交并执行任务，任务启动时返回了一个 Future对象，                  // 如果想得到任务执行的结果或者是异常可对这个Future对象进行操作                  Future future1 = es.submit(task1);                  // 获得第一个任务的结果，如果调用get方法，当前线程会等待任务执行完毕后才往下执行                  System.out.println("task1: " + future1.get());                                    Future future2 = es.submit(task2);                  // 等待5秒后，再停止第二个任务。因为第二个任务进行的是无限循环                  Thread.sleep(6000);                  System.out.println("task2 cancel: " + future2.cancel(true));                                    // 获取第三个任务的输出，因为执行第三个任务会引起异常                  // 所以下面的语句将引起异常的抛出                  Future future3 = es.submit(task3);                  System.out.println("task3: " + future3.get());              } catch (Exception e){                  System.out.println(e.toString());              }              // 停止任务执行服务              es.shutdownNow();          }        }

运行结果：
task1: flag = 0
looping.
looping.
looping.
task2 cancel: true
Interrupted
java.util.concurrent.ExecutionException: java.lang.Exception: Bad flag value!