【多线程】线程的五种创建方法

线程

• 可以理解成更轻量的进程，也能解决[[01 计算机是如何工作的#^87b85a|并发编程]]的问题，但是创建/销毁的开销，要比进程更低

  • 因此多线程编程就成了当下主流的并发编程方式

  • 这个基本上是我们以后工作中天天用到，面试中考查的重点
    #高频面试

  • 在系统中，线程同样是通过 [[01 计算机是如何工作的#^7eb7b0|PCB]] 来描述的（Linux）

    • 一个进程，是一组 PCB
    • 一个线程，是一个 PCB

  • 一个进程中可以包含多个线程

    • 此时每个线程都可以独立的去 CPU 上调度执行

      • 线程是系统“调度执行”的基本单位
      • 进程是系统“资源分配”的基本单位

    • 一个可执行程序运行的时候（双击）

      • 操作系统会创建进程，给这个程序分配各种系统资源（CPU，内存，硬盘，网络带宽…）
      • 同时也会在这个进程中创建一个或多个线程，这些线程再去 CPU 上调度执行

    • 同一个进程中的线程，共用同一份资源

  • 线程比进程更轻量主要体现在可以资源共用

    1. 创建线程，省去了“分配资源”的过程
    2. 销毁进程，省去了“释放资源”的过程

    • 一旦创建进程，同时也会创建第一个线程==>分配资源，时间相对来说较慢

      • 一旦后续创建第二个、三个线程，就不必再重新分配资源了，用创建第一个线程时分配的资源

    • 当线程数目越来越多之后，此时效率也没办法进一步提升了（桌子的空间是有限的），当滑稽老铁数目达到一定程度后，有些人就够不到桌子了，就吃不到了
      

      • 能够提升效率，关键是充分利用多核心进行“并行执行”

      • 如果只是“微观并发”，速度是没有提升的，真正能提升速度的是“并行”

      • 如果线程数目太多，比如超出了 CPU 核心数目，此时就无法在微观上完成所有线程的“并行执行”，势必会存在严重的竞争

      • 当线程多了之后，此时就容易发生“冲突”

      • 由于多个线程，使用的是同一份资源（内存资源）

      • 若多个线程针对同一个变量进行读写操作（尤其是写操作），就容易发生冲突

      • 一旦发生冲突，就可能使程序出现问题==>“线程安全问题”

      • 一旦某个线程抛出异常，这个时候，如果不能妥善处理，就可能导致整个进程都崩溃，因此其他线程就会随之崩溃

  ---

  ---

• 进程和线程的概念与区别（高频面试题，操作系统话题下出场频率最高的问题）
  #高频面试

  1. 进程包含线程
     • 一个进程里面可以有多个线程
  2. 进程是系统资源分配的基本单位
     线程是系统调度执行的基本单位
  3. 同一个进程的线程之间，共用一份系统资源（内存，硬盘，网络带宽等）
     • 尤其是“内存资源”，就是代码中定义的变量/对象…
     • 编程中，多个线程，是可以共用一份变量的
  4. 线程是当下实现并发编程的主流方式，通过多线程，就可以充分利用好多核 CPU
     • 但也不是线程数越多就一定越好，当线程数达到一定的程度，把多个核心都利用充分之后，再增加线程，就无法再提高效率了，甚至可能会影响效率（线程调度也是有开销的）
  5. 多个线程之间可能会相互影响
     • 线程安全问题：一个线程抛出异常，也可能会把其他线程也一起带走
  6. 多个进程之间一般不会相互影响
     • 进程的隔离型：一个进程崩溃了，不会影响其他进程

  ---

在 Java 代码中编写多线程程序

• 线程本身是操作系统提供的概念，操作系统提供 API 供程序猿调用
  • 但不同的系统，提供的 API 是不同的（Windows 创建线程的 API 和 Linux 的差别非常大）
  • Java（JVM）把这些系统 API 封装好了，咱们不需要关注系统原生 API，只需要了解好 Java 提供的这一套 API 就好了

Thread 标准库

• 这个类负责完成多线程的相关开发

创建线程的写法

1 . 继承 Thread 类

代码

package thread;  class MyThread extends Thread {  //继承Thread类的目的是重写里面的run()方法  @Override  public void run() {  //这里写的代码就是即将创建的线程所需要执行的逻辑  while (true) {  System.out.println("hello thread");  //休眠操作，避免CPU消耗过大  try {  Thread.sleep(1000);  } catch (InterruptedException e) {  throw new RuntimeException(e);  }  }}
}  public class Demo1 {  public static void main(String[] args) {  MyThread t = new MyThread();  //创建线程，与主线程各自独立，并发执行  t.start();  //t.run(); 不会创建新线程，在主线程中执行，但执行不到//因为由于不是线程，所以不会并发执行，所以一直执行创建的MyThread线程，死循环while(true) {  System.out.println("hello main");  try {  Thread.sleep(1000);  } catch (InterruptedException e) {  throw new RuntimeException(e);  }  }}  
}

这个代码运行起来是一个进程，但包含了两个线程

主线程——>main 方法（每个进程必有）
自创建的新线程——>t.start()

随后主线程和新线程就会并发/并行的在 CPU 上执行

1. 创建一个类，继承于标准库的 Thread，并重写 run() 方法

   • Thread 类可以直接被继承，因为它来自 java. lang 这个包，而这个包是默认导入的，里面所有的类都可以直接使用
   • 继承 Thread 类的主要目的是重写 run() 方法
   • run() 中的方法就是即将创建出的线程要执行的逻辑

   2. 在 main 方法里创建刚才那个类的实例，再使用提供的 start() 方法来创建线程

      • 调用 run() 就会在进程内部创建出一个新的线程，新的线程就会执行刚才 run 里面的代码
      • 线程明细：
        1. 主线程：调用 main 函数的方法需要一个专门的线程来执行，称为主线程
        2. t1.start();：这是创建的一个新进程，与主线程之间是并发/并行关系在 CPU 上执行
           • 这里调用 start() 是创建了一个新的线程，随后执行新线程里面的逻辑，而直接调用 run() 方法的话不会创建新的线程

   3. 运行结果

---

回调函数

（非常重要的概念）

• run() 方法并没有被手动调用，但是最终也执行了，
• 这种被用户定义了，但没手动调用的方法，最终是被系统/库/框架调用了，此时这样的方法就叫“回调函数（callback）”
  • Java 数据结构中，优先级队列（堆），必须先定义好对象的“比较规则”
  • Comparable==>compareTo
    comparator==>compare
    都是自己定义了，但没有调用，此时都是由标准库本身内部的逻辑负责调用的

---

休眠操作：sleep()

• 可以让循环每循环一次就休息一下，避免 CPU 消耗过大。单位是 ms（毫秒），1000 ms = 1 s
• 这是一个静态方法（类方法）

  • 可以直接通过类名进行访问 类名. 方法名，不需要实例化对象，通过对象来访问

  • 这里会报错，使用 Alt+Enter

    • IDEA 自动生成 try/catch，catch 中默认的代码有两种风格

      1. 再次抛出一个异常：throw new RuntimeException(e);
      2. 只是打印异常信息：e.printStackTrace();
      • 但实际开发中不止这俩
        • 可能进行“重试”
        • 可能进行“回滚”
        • 可能会通过短信/邮件/微信/电话向程序猿报警

---

抢占式执行

• 多个线程之间，谁先去 CPU 上调度执行，这个过程是“不确定的”，这个调度顺序取决于内核里面的“调度器”的实现
  • 调度器里面有一套规则，但是我们作为程序开发没法进行干预，也感受不到，只能把这个过程近似于随机

---

观察线程

jconsole

• 可以借助第三方工具来看这两个进程的情况
  • JDK 中的 bin 目录（binary 二进制，里面放的都是可执行程序）
    • 通过这个可以看到 Java 中进程运行情况
      
    • 远程进程：其他机器上的进程，需要通过网络连接
    • 本地进程：正在运行的进程
      • 一个 Java 线程中，不仅仅只有一个线程，其实有很多
      • 代码中自己创建的线程命名的规律是 Thread-数字
        
    • 主要的线程（主线程和自己创建的线程）
      • 调用栈（非常有用）
        当代码出现问题，抛出异常，进程终止时，可以查看对应的调用栈找到出现问题的语句，以及这个代码是如何一层一层被调用过去的
    • 其他进程：主要起到辅助作用
      1. 垃圾回收：在合适的时机，释放不使用的对象
      2. 统计信息/调试信息：比如现在通过 jconsole 能查看到一个 Java 进程的详情

IDEA 内置调试器

• 通过 IDEA 内置的调试器，也能看到类似的信息

---

2 . 实现 Runnable 接口

代码

package thread;  //通过Runnable的方式来创建线程  
class MyRunnable implements Runnable {  @Override  public void run() {  //描述线程要完成的逻辑  while (true) {  System.out.println("hello thread");  try {  Thread.sleep(1000);  } catch (InterruptedException e) {  throw new RuntimeException(e);  }        }    }
}  public class Demo2 {  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  MyRunnable runnable = new MyRunnable();  Thread thread = new Thread(runnable);  //通过Thread创建线程，线程要执行的任务是通过Runnable来描述的，不是通过Thread自己thread.start();  while (true) {  System.out.println("hello main");  Thread.sleep(1000);  }}
}

因为 Runnable 是一个 interface（接口），所以要用 implements（实现）

Runnable 是用来描述“要执行的任务”是什么
通过 Thread 创建线程，线程要执行的任务是通过 Runnable 来描述的，不是通过 Thread 自己来描述的

两种本质上差别不大，第二种更利于“解耦和”
这个 Runnable 只是一个任务，并不与“线程”这样的概念强相关
后续执行这个任务的载体可以是线程，也可以是其他的东西

[!quote] 协程、纤程

• 线程是轻量级进程，但进程很重
• 随着对性能要求的提高，开始嫌弃线程，引入协程
• 也叫做虚拟线程

3. 匿名内部类创建 Thread ⼦类对象

本质是继承 Thread，和 1 一样

代码

package thread;  public class Demo3 {  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  Thread thread = new Thread() {  //这里就是在定义匿名内部类，这个类是Thread的子类  public void run() {  //在类内部重写run方法  while (true) {  System.out.println("hello thread");  try {  Thread.sleep(1000);  } catch (InterruptedException e) {  throw new RuntimeException(e);  }                }           }        };        thread.start();  while (true) {  System.out.println("hello main");  Thread.sleep(1000);  }    }
}

---

匿名内部类

[!quote] 匿名内部类

• 一般是一次性的，用完就丢了
• 内聚性更好一些
  • 相关联的代码放的越集中，内聚性越好

Thread thread = new Thread() {  //这里就是在定义匿名内部类，这个类是Thread的子类  public void run() {  //在类内部重写run方法   }
};

• 这一段代码的解释
  1. 定义匿名内部类，这个类是 Thread 的子类
  2. 类的内部，重写了父类的 run 方法
  3. 创建了一个子类的实例，并且把实例的引用复制给了 thread

---

4.匿名内部类创建Runnable⼦类对象

本质是通过匿名内部类实现

代码

package thread;  public class Demo4 {  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  Runnable runnable = new Runnable() {  @Override  public void run() {  while (true) {  System.out.println("hello thread");  try {  Thread.sleep(1000);  } catch (InterruptedException e) {  throw new RuntimeException(e);  }                }           }        };        Thread thread = new Thread(runnable);  thread.start();  while (true) {  System.out.println("hello main");  Thread.sleep(1000);  }    }
}

5.lambda 表达式创建 Runnable ⼦类对象

• 本质上就是匿名内部类，是一个更简化的写法
• 很多时候，写“匿名内部类”，目的不是写“类”，而是为了写那个 run() 方法
• lambda 可以直接表示我们要写的 run() 方法，省去了一些不需要的部分

public static void main(String[] args) {  Thread thread = new Thread(() -> {  while(true){  System.out.println("hello thread");  try{  Thread.sleep(1000);  }catch(InterruptedException e){  throw new RuntimeException(e);  }        }    });    thread.start();  while(true){  System.out.println("hello main");  try{  Thread.sleep(1000);  }catch(InterruptedException e){  throw new RuntimeException(e);  }  }
}