【JavaEE初阶】认识线程、创建线程

1. 认识线程（Thread）

1.1 概念

1) 线程是什么

一个线程就是一个 "执行流". 每个线程之间都可以按照顺序执行自己的代码. 多个线程之间 "同时" 执行着多份代码.

举例：

还是回到我们之前的银⾏的例⼦中。之前我们主要描述的是个⼈业务，即⼀个⼈完全处理⾃⼰的业务。我们进⼀步设想如下场景：

⼀家公司要去银⾏办理业务，既要进⾏财务转账，⼜要进⾏福利发放，还得进⾏缴社保。

如果只有张三⼀个会计就会忙不过来，耗费的时间特别⻓。为了让业务更快的办理好，张三⼜找来两位同事李四、王五⼀起来帮助他，三个⼈分别负责⼀个事情，分别申请⼀个号码进⾏排队，⾃此就有了三个执⾏流共同完成任务，但本质上他们都是为了办理⼀家公司的业务。 此时，我们就把这种情况称为多线程，将⼀个⼤任务分解成不同⼩任务，交给不同执⾏流就分别排队执⾏。其中李四、王五都是张三叫来的，所以张三⼀般被称为主线程（Main Thread）。

2) 为何要有线程  

首先，我们来说一下进程。在多任务操作系统中，希望系统能够同时运行多个程序，这就引入了进程。如果是单任务的操作系统，就完全不涉及进程，也不需要管理（进程），更不需要调度。本质上说，进程是解决”并发编程“问题的，事实上，进程也可以很好地解决并发编程这样的问题。

但是在一些特定的环境下，进程的表现不尽人意，比如，有些场景下，需要频繁的创建和销毁进程，举例，最早的web开发，是使用C语言来编写的服务器程序（基于一种CGI这样的技术，其基于多进程的编程模式），服务器同一时刻会收到很多请求，针对每个请求，都会创建出一个进程，给这个请求提供一定的服务，返回对应的响应；一旦这个请求处理完了，此时这个进程就要销毁了。如果请求很多，就意味着服务器要不停地创建进程、销毁进程，此时使用多进程编程，系统的开销就会很大（开销主要体现在资源的申请和释放上）。 

⾸先, "并发编程" 成为 "刚需"

• 单核 CPU 的发展遇到了瓶颈. 要想提⾼算力, 就需要多核 CPU，而并发编程能更充分利⽤多核 CPU资源
• 有些任务场景需要 "等待 IO", 为了让等待 IO 的时间能够去做⼀些其他的⼯作, 也需要⽤到并发编程

其次, 虽然多进程也能实现 并发编程, 但是线程比进程更轻量.

• 创建线程⽐创建进程更快.
• 销毁线程⽐销毁进程更快.
• 调度线程⽐调度进程更快.

多线程并发编程，效率更高，尤其是对于java进程，是要启动java虚拟机的，启动java虚拟机开销是更大的，搞多个java进程，就要多个java虚拟机。所以，java中不太去鼓励多进程编程。

最后, 线程虽然比进程轻量, 但是人们还不满足, 于是又有了 "线程池"(ThreadPool) 和 "协程"

(Coroutine)

3) 进程和线程的区别

• 进程是包含线程的. 每个进程⾄少有⼀个线程存在，即主线程。
• 进程和进程之间不共享内存空间. 同⼀个进程的线程之间共享同⼀个内存空间.

⽐如之前的多进程例⼦中，每个客户来银⾏办理各⾃的业务，但他们之间的票据肯定是不想让别⼈知道的，否则钱不就被其他⼈取⾛了么。⽽上⾯我们的公司业务中，张三、李四、王五虽然是不同的执⾏流，但因为办理的都是⼀家公司的业务，所以票据是共享着的。这个就是多线程和多进程的最⼤区别。

• 进程是系统分配资源的最小单位，线程是系统调度的最小单位。
• ⼀个进程挂了⼀般不会影响到其他进程. 但是⼀个线程挂了, 可能把同进程内的其他线程⼀起带⾛(整个进程崩溃).

另外注意：

1. 同一个进程中的线程之间，可能会互相干扰，引起线程安全问题
2. 线程也不是越多越好，要能够合适，如果线程太多了，调度开销可能会非常明显 

 

4) Java 的线程 和 操作系统线程 的关系

线程是操作系统中的概念， 操作系统内核 实现了线程这样的机制, 并且对用户层提供了⼀些 API 供用户使用(例如 Linux 的 pthread 库)。

对于操作系统内核：

操作系统内核，是操作系统最核心部分的功能模块（管理硬件、给软件提供稳定的运行环境）。

操作系统 = 内核 + 配套的应用程序

这里用银行为例来说明一下：

当你到银行进行各种业务的办理的时候，都是需要在办事窗口前，给工作人员说清楚你的需求，由工作人员代办。我们知道银行中的办事窗口内部和银行大厅是分隔开的，你是进不去办事窗口内部的， 这里的办事窗口内部就相当于操作系统内核空间（内核态），你所在大厅则是用户空间（用户态）。 

为什么划分出用户态、内核态：

 最主要的目的，还是为了“稳定”。防止你的应用程序，把硬件设备或软件资源给搞坏了。系统封装了一些api，这些api都属于是一些“合法”的操作，应用程序只能调用这些api，这样就不至于对系统/硬件设备产生太大的危害。

假设让应用程序直接操作硬件，可能极端情况下，代码出现bug，就把硬件干烧了。

Java 标准库中 Thread 类可以视为是对操作系统提供的 API 进行了进⼀步的抽象和封装。

 1.2 第⼀个多线程程序

感受多线程程序和普通程序的区别:

• 每个线程都是⼀个独立的执行流
• 多个线程之间是 "并发" 执行的

class MyThread2 extends Thread {//Thread类不用导包，属于特殊的包java.long，该包默认自动导入@Overridepublic void run() {//run方法就是该线程的入口方法while (true) {System.out.println("hello run");try {Thread.sleep(1000);}catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}
public class ThreadDemo2 {public static void main(String[] args) {//2、根据刚才的类，创建出具体的实例（线程实例，才是真正的线程）Thread t = new MyThread2();//3、调用Thread的start方法，才会真正调用系统api，在系统内核中创建出线程t.start();while (true) {System.out.println("hello main");try {Thread.sleep(1000);}catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}

对于上述代码，运行结果为两个循环不停地同时输出（验证了多个线程之间是 "并发" 执行的）。

我们知道，若对于普通程序来说，当遇到一个无限循环，会停留在这个循环，不停的打印输出，后续的代码是执行不到的。然而这个多线程程序，两个循环都执行到了，是因为每个线程都是⼀个独立的执行流 。代码中 t.start() ，即调用start()之后会创建一个新的线程，该线程进入到 run 方法，进行循环；而此时main线程，这个主线程会继续自己的执行，执行后续代码，也进行循环。

这里可以使用 jconsole 命令观察线程：

2. 创建线程的几种方法

•  方法1 继承 Thread 类

我们上面写的第一个多线程程序就是用的该方法。

1、继承 Thread 来创建⼀个线程类：

class MyThread extends Thread {@Overridepublic void run() {System.out.println("这⾥是线程运⾏的代码");}
}

2、创建 MyThread 类的实例：

MyThread t = new MyThread();

3、调⽤ start 方法启动线程：

 t.start();  //调用start才会真正地创建线程

• 方法2 实现 Runnable 接口

1、实现 Runnable 接口

class MyRunnable implements Runnable {@Overridepublic void run() {System.out.println("这⾥是线程运⾏的代码");}
}

 2、创建 Thread 类实例, 调用 Thread 的构造方法时将 Runnable 对象作为 target 参数.

Thread t = new Thread(new MyRunnable());//或者另一种写法
Runnable runnable = new MyRunnable();
Thread t = new Thread(runnable);

 3、调用start方法

t.start(); // 线程开始运⾏

该方法完整代码示例：

class MyThread3 implements Runnable {@Overridepublic void run() {while (true) {System.out.println("hello runnable");try {Thread.sleep(1000);}catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}
public class ThreadDemo3 {public static void main(String[] args) {
//        Runnable runnable = new MyThread3();
//        Thread t = new Thread(runnable);Thread t = new Thread(new MyThread3());t.start();while (true) {System.out.println("hello main");try {Thread.sleep(1000);}catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}
}

对比上面两种方法:

• 继承 Thread 类, 直接使用 this 就表示当前线程对象的引用.
• 实现 Runnable 接口, this 表示的是 MyRunnable 的引用，需要使用Thread.currentThread()来表示当前线程对象

其他创建方法

• 匿名内部类创建 Thread 子类对象

// 使⽤匿名类创建 Thread ⼦类对象
Thread t1 = new Thread() {@Overridepublic void run() {System.out.println("使⽤匿名类创建 Thread ⼦类对象");}
};

• 匿名内部类创建 Runnable 子类对象 

// 使⽤匿名类创建 Runnable ⼦类对象
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("使⽤匿名类创建 Runnable ⼦类对象");}
});

• lambda 表达式创建 Runnable 子类对象 

// 使⽤ lambda 表达式创建 Runnable ⼦类对象
Thread t3 = new Thread(() -> System.out.println("使⽤匿名类创建 Thread ⼦类对象"));
Thread t4 = new Thread(() -> {System.out.println("使⽤匿名类创建 Thread ⼦类对象");
});

3. 多线程的优势-增加运行速度

可以观察多线程在⼀些场合下是可以提高程序的整体运行效率的。

• 使用 System.nanoTime() 可以记录当前系统的 纳秒 级时间戳.
• serial 串行的完成⼀系列运算. concurrency 使用两个线程并行的完成同样的运算.

public class ThreadAdvantage {// 多线程并不⼀定就能提⾼速度，可以观察，count 不同，实际的运⾏效果也是不同的private static final long count = 10_0000_0000;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 使⽤并发⽅式concurrency();// 使⽤串⾏⽅式serial();}private static void concurrency() throws InterruptedException {long begin = System.nanoTime();// 利⽤⼀个线程计算 a 的值Thread thread = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {int a = 0;for (long i = 0; i < count; i++) {a--;}}});thread.start();// 主线程内计算 b 的值int b = 0;for (long i = 0; i < count; i++) {b--;}// 等待 thread 线程运⾏结束thread.join();// 统计耗时long end = System.nanoTime();double ms = (end - begin) * 1.0 / 1000 / 1000;System.out.printf("并发: %f 毫秒%n", ms);}private static void serial() {// 全部在主线程内计算 a、b 的值long begin = System.nanoTime();int a = 0;for (long i = 0; i < count; i++) {a--;}int b = 0;for (long i = 0; i < count; i++) {b--;}long end = System.nanoTime();double ms = (end - begin) * 1.0 / 1000 / 1000;System.out.printf("串⾏: %f 毫秒%n", ms);}
}

并发: 399.651856 毫秒

串行: 720.616911 毫秒

 

该篇是对多线程的初步认识，接下来我会继续更新多线程的相关内容，请多多关注！