Java多线程之Thread、Runnable、Callable及线程池

一、多线程

线程是指进程中的一个执行流程，一个进程中可以有多个线程。如java.exe进程中可以运行很多线程。进程是运行中的程序，是内存等资源的集合，线程是属于某个进程的，进程中的多个线程共享进程中的内存。线程之间的并发执行是线程轮流占用资源执行的结果，给人一种“同时”执行的感觉。在Java中多线程的编程有很多方法来实现，这里从Thread类、Runnable与Callable接口以及线程池等几个方式来探讨。

二、Thread类

以下是Thread类的部分源代码：

 public class Thread implements Runnable {

     public Thread() {
         //...
     }

     public Thread(Runnable target) {
        //...
     }

     public static void sleep(long millis, int nanos)
     throws InterruptedException {
     //...
     }

     public synchronized void start() {
        //...
     }

     public void run() {
     //...
     }
 }

可以看到，Thread类实际上是实现了Runnable接口的，重写了Runnable接口中的run()方法；Thread的对象可以通过Runnable的对象来构造，此时如果调用了run()方法，那么这个run()方法是Runnable对象中的run()方法；调用start()方法会启动线程，并将引发调用run()方法，实现并行运行；sleep()使当前的线程暂停一段时间执行，此时当前线程的还占用着资源，并不会释放资源，等到时间到了就会接着继续执行。

一个Thread的简单示例，以帮助理解：

class TestThread extends Thread{
public void run(){
//...
}
}
public class Test{
public static void main(String []args){
Thread t=new TestThread();
t.start();
}
}

三、Runnable接口与Callable接口

还是从Runnable与Callable的源码开始，

public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}

Runnable封装一个异步运行的任务，可以把它想象成一个没有参数和返回值的异步方法，而run()方法提供所要执行任务的指令。Callable与Runnable类似，不同的是Callable接口是一个参数化的类型，而且有返回值，返回值的类型是参数的类型，如Callable<Integer>是最终返回一个Integer对象的异步任务；Callable提供一个返回参数类型的call方法，和run()的作用类似。

Runnable与Callable接口的应用示例：

/**
 * Runnable接口
 *
 */
class TestRunnable implements Runnable{
    public void run() {
        //...
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args){
        Thread t=new Thread(new TestRunnable());
        t.start();
    }
}

/**
 * Callable接口
 *
 */
class TestCallable implements Callable<String>{
    public String call() throws Exception {
        String s="good";
        return s;
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        /**
         * FutureTask实现了Future（用于保存异步计算的结果）和Runnable的接口，可将Callable转换成Future和Runnable
         */
        FutureTask<String> task=new FutureTask<String>(new TestCallable());
        Thread t=new Thread(task);
        t.start();
        //取得Callable异步线程的返回值
        System.out.println(task.get());
    }
}

四、线程池

构造一个新的线程是有一定代价的，会涉及到与操作系统的交互。如果程序中创建了大量的生命周期很短的线程，应该使用线程池（thread pool）。一个线程池中包含一些准备运行的空闲线程。将Runnable对象交给线程池，就会有一个线程调用run()方法，当run()方法退出时，线程不会死亡，而是在线程池中准备为下一个请求提供服务。

使用线程池还会减少并发线程的数量。创建大量的线程会大大降低性能甚至是虚拟机崩溃，所有最好是使线程的数目是“固定”的，以限制并发线程的总数。

线程池的创建是使用执行器（Executors）的静态工厂方法，如下：

1、newCachedThreadPool 构建一个线程池，对于每个任务，如果有空闲线程可用，则立即让它执行，如果没有空闲的线程，则创建一个线程，空闲线程会被保留60秒；

2、newFixedThreadpool 构建一个具有固定大小的线程池。如果提交的任务多于空闲的线程数，那么把到不到服务的任务放置到队列中，其它任务完成后再运行它们；

3、newSingleThreadExecutor 是一个退化了大小为1的线程池，由一个线程提交任务，一个接一个。

这三个方法都返回了实现了ExecutorService接口的ThreadPoolExecutor类的对象。使用submit方法将Runnable或Callable对象提交给ExecutorService，在调用了submit时会得到一个Future对象，可用来查询任务的状态，future的接口如下：

public interface Future<V> {
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
    boolean isCancelled();
    boolean isDone();
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
    V get(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

cancel方法用来取消运行的，如果还没开始运行，则它被取消且不再开始；如果正在运行中，则若mayInterrupt参数为true，它就被中断；

isDone判断任务是否完成，若任务在运行中，isDone返回fasle，如果完成了，则返回true；

不带参数的get方法调用时被阻塞，直到计算完成；如果在计算完成之前，第二个get的调用超时，就会抛出异常；如果该线程被中断，那么两个get都会抛出异常。

线程池的执行流程如下：

1、调用Executors类中的静态方法创建线程池；

2、使用submit提交Ruunable或Callable对象；

3、保存返回的Future对象；

4、没有任务提交时，调用shutdown来关闭线程池。

线程池的示例如下：

/**
 * 线程池
 *
 */
class MyCallable implements Callable<String>{
    public String call() throws Exception {
        String s="good";
        return s;
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        //创建大小固定为3的线程池
        ExecutorService pool=Executors.newFixedThreadPool(3);
        //提交一个Callable任务到线程池，并把结果保存到future对象中
        Future<String> res=pool.submit(new MyCallable());
        //得到线程执行返回的结果
        System.out.println(res.get());
        //关闭线程池
        pool.shutdown();
    }
}