java中创建多线程的4种方式

目录

一、继承 Thread 类创建线程

步骤

示例代码

原理

二、实现 Runnable 接口创建线程

步骤

示例代码

原理

三、实现 Callable 接口创建线程

步骤

示例代码

原理

与Runnable接口相比的不同之处

四、使用线程池创建线程

步骤

示例代码（使用 Executors.newFixedThreadPool）

原理

线程池的优势

自定义线程池

五、总结

---

        在 Java 编程中，多线程是一项非常重要的技术，它能够充分利用计算机的多核处理器资源，提高程序的执行效率和响应性。本文将详细介绍 Java 中创建多线程的四种方式，包括继承 Thread 类、实现 Runnable 接口、实现 Callable 接口以及使用线程池，并对每种方式的原理、代码示例和适用场景进行深入剖析。

一、继承 Thread 类创建线程

步骤

• 创建一个类继承自 Thread 类。
• 重写 run 方法，在 run 方法中定义线程要执行的任务。
• 创建该类的实例，然后调用 start 方法启动线程。

示例代码

class MyThread extends Thread{// Ctrl + o// 展示所有的可以重写的方法@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 100; i++) {System.out.println("数据："+i);}}
}
public class Demo01 {/***  第一种方案，继承Thread类  重写run方法 实现* @param args*/public static void main(String[] args) {// 在Main方法中，启动了一个子线程，子线程什么时候工作MyThread thread = new MyThread();thread.start();// 启动一个线程，调用start方法，不要调用run方法// 一个线程类，是可以创建多个不同的子线程的MyThread thread2 = new MyThread();thread2.start();// 启动一个线程，调用start方法，不要调用run方法// 主线程，直接运行代码   会出现子线程和主线程抢占资源的情况for (int i = 10; i < 100; i++) {System.err.println("Main:"+i);}}
}

原理

        当调用 start 方法时，会在新的线程中执行 run 方法。需要注意的是，start 方法只是启动线程，不会立即执行 run 方法。线程要等待获取 CPU 资源后才会执行 run 方法，而且在执行过程中可能会被其他线程抢占 CPU 资源。

二、实现 Runnable 接口创建线程

步骤

• 创建一个类实现 Runnable 接口。
• 实现 run 方法，在 run 方法中定义线程要执行的任务。
• 创建 Runnable 接口实现类的实例，将其作为参数传递给 Thread 类的构造函数，然后调用 start 方法启动线程。

示例代码

class A implements Runnable{@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 1000; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);}}
}
public class Demo03 {/***  多线程创建的第二种方式，使用 Runnable接口*  该接口还需要传递给Thread类才能启动，否则自己启动不了**  两种方式：推荐使用第二种*   1、Thread类是一个线程类，它只需要管理好线程就行了，不需要管业务怎么写*   2、具体的业务可以交给Runnable接口实现*   3、java是单继承的，继承了Thread，就无法继承别的类了，但是可以实现多个接口。*/public static void main(String[] args) {A a = new A();new Thread(a).start();// Runnable接口本身就是一个函数式接口，就可以使用lambda表达式，代码可以简化为如下：new Thread( ()-> {for (int i = 0; i < 1000; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);}}).start();for (int i = 0; i < 1000; i++) {System.err.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);}}
}

原理

        Runnable 接口定义了一个无返回值的 run 方法，用于包含线程要执行的代码。Thread 类的构造函数可以接收一个 Runnable 接口的实现对象，当调用 Thread 的 start 方法时，会在新的线程中执行 Runnable 对象的 run 方法。这种方式比继承 Thread 类更灵活，因为 Java 是单继承的，如果一个类已经继承了其他类，就不能再继承 Thread 类了，但是可以实现 Runnable 接口来实现多线程。

三、实现 Callable 接口创建线程

步骤

• 创建一个类实现 Callable 接口，该接口是一个函数式接口，有一个泛型参数，用于指定返回值类型。
• 实现 call 方法，在 call 方法中定义线程要执行的任务，并返回一个结果。
• 创建 Callable 接口实现类的实例，将其包装在一个 FutureTask 对象中，FutureTask 实现了 RunnableFuture 接口，而 RunnableFuture 接口继承了 Runnable 和 Future 接口。
• 将 FutureTask 对象作为参数传递给 Thread 类的构造函数，然后调用 start 方法启动线程。可以通过 FutureTask 的 get 方法获取 call 方法的返回结果。

示例代码

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.TimeUnit;class MyCall implements Callable<Integer>{@Overridepublic Integer call() throws Exception {return 200;}
}class MyRun implements Runnable{@Overridepublic void run() {System.out.println("我是子线程....");}
}
public class Demo08 {public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(new MyCall());new Thread(futureTask,"计算线程").start();Integer i = futureTask.get();System.out.println(i);// --------------------------------------new Thread(new MyRun()).start();// ------------------使用callable 模拟 子线程进行大量计算并返回结果------------------FutureTask<Integer> f1 = new FutureTask<>(()->{System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"  come in callable");TimeUnit.SECONDS.sleep(4);return 1024;});FutureTask<Integer> f2 = new FutureTask<>(()->{System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"  come in callable");TimeUnit.SECONDS.sleep(4);return 2048;});new Thread(f1,"线程一：").start();new Thread(f2,"线程二：").start();while(!f1.isDone()){System.out.println("f1  wait中.....");}while(!f2.isDone()){System.out.println("f2  wait中.....");}// 其实 get 获取不到值会一直阻塞，直到获取到值为止int a = f1.get();int b = f2.get();System.out.println(a+b);}
}

原理

        Callable 接口与 Runnable 接口类似，但是 Callable 接口的 call 方法可以有返回值，并且可以抛出异常。FutureTask 用于包装 Callable 对象，它可以在未来某个时刻获取 call 方法的返回结果。通过这种方式，可以实现有返回值的多线程任务。

与Runnable接口相比的不同之处

（1）是否有返回值

（2）是否抛异常
（3）落地方法不一样，一个是run，一个是call

四、使用线程池创建线程

步骤

• 通过 Executors 工具类的静态方法（如 newFixedThreadPool、newCachedThreadPool、newSingleThreadExecutor）创建一个线程池对象，或者直接使用 ThreadPoolExecutor 类来创建自定义的线程池。
• 创建 Runnable 或 Callable 接口实现类的实例，作为任务提交给线程池。对于 Runnable 任务，可以使用 execute 方法提交；对于 Callable 任务，可以使用 submit 方法提交。

示例代码（使用 Executors.newFixedThreadPool）

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class MyThreadPoolDemo {public static void main(String[] args) {//       ExecutorService threadPool =  Executors.newFixedThreadPool(5); //一个银行网点，5个受理业务的窗口
//       ExecutorService threadPool =  Executors.newSingleThreadExecutor(); //一个银行网点，1个受理业务的窗口ExecutorService threadPool =  Executors.newCachedThreadPool(); //一个银行网点，可扩展受理业务的窗口//10个顾客请求try {for (int i = 1; i <=10; i++) {threadPool.execute(()->{System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 办理业务");});}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {threadPool.shutdown();}}
}

原理

        线程池用于管理和复用线程。当提交一个任务到线程池时，线程池会根据自身的状态和配置来决定如何处理任务。如果线程池中有空闲线程，就会将任务分配给空闲线程执行；如果没有空闲线程且线程数量未达到最大限制，就会创建新的线程来执行任务；如果线程数量达到最大限制且任务队列已满，会根据线程池的拒绝策略来处理任务。这样可以有效地控制线程的数量，提高系统的性能和资源利用率，减少线程创建和销毁的开销。

线程池的优势

线程池做的工作只要是控制运行的线程数量，处理过程中将任务放入队列，然后在线程创建后启动这些任务，如果线程数量超过了最大数量，超出数量的线程排队等候，等其他线程执行完毕，再从队列中取出任务来执行。

它的主要特点为：线程复用;控制最大并发数;管理线程。

第一：降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的销耗。

第二：提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等待线程创建就能立即执行。

第三：提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会销耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

Java中的线程池是通过Executor框架实现的，该框架中用到了Executor，Executors，ExecutorService，ThreadPoolExecutor这几个类。

经常使用的线程池做法

1、Executors.newFixedThreadPool(int)

执行长期任务性能好，创建一个线程池，一池有N个固定的线程，有固定线程数的线程

newFixedThreadPool创建的线程池corePoolSize和maximumPoolSize值是相等的，它使用的是LinkedBlockingQueue

2、Executors.newSingleThreadExecutor()

一个任务一个任务的执行，一池一线程。

newSingleThreadExecutor 创建的线程池corePoolSize和maximumPoolSize值都是1，它使用的是LinkedBlockingQueue

3、Executors.newCachedThreadPool()

执行很多短期异步任务，线程池根据需要创建新线程，但在先前构建的线程可用时将重用它们。可扩容，遇强则强。

newCachedThreadPool创建的线程池将corePoolSize设置为0，将maximumPoolSize设置为Integer.MAX_VALUE，它使用的是SynchronousQueue，也就是说来了任务就创建线程运行，当线程空闲超过60秒，就销毁线程。

自定义线程池

虽然根据API 我们能很轻松的使用到线程池，但是在实际开发中我们经常自定义线程池，怎么做呢？

参数说明

1、corePoolSize：线程池中的常驻核心线程数
2、maximumPoolSize：线程池中能够容纳同时执行的最大线程数，此值必须大于等于1
3、keepAliveTime：多余的空闲线程的存活时间   
当前池中线程数量超过corePoolSize时，当空闲时间达到keepAliveTime时， 多余线程会被销毁直到只剩下corePoolSize个线程为止。
4、unit：keepAliveTime的单位 
5、workQueue：任务队列，被提交但尚未被执行的任务  就是我们之前讲的阻塞队列
6、threadFactory：表示生成线程池中工作线程的线程工厂，用于创建线程，一般默认的即可
7、handler：拒绝策略，表示当队列满了，并且工作线程大于等于线程池的最大线程数（maximumPoolSize）时如何来拒绝
请求执行的runnable的策略

线程池的拒绝策略

AbortPolicy(默认)：直接抛出RejectedExecutionException异常阻止系统正常运行。
CallerRunsPolicy：“调用者运行”一种调节机制，该策略既不会抛弃任务，也不会抛出异常，而是将某些任务回退到调用者，俗称从哪儿来到哪儿去。
DiscardOldestPolicy：抛弃队列中等待最久的任务，然后把当前任务加人队列中尝试再次提交当前任务。
DiscardPolicy：该策略默默地丢弃无法处理的任务，不予任何处理也不抛出异常。如果允许任务丢失，这是最好的一种策略。

以上内置拒绝策略均实现了RejectedExecutionHandle接口

1、在创建了线程池后，线程池中的线程数为零。

2、当调用execute()方法添加一个请求任务时，线程池会做出如下判断：

        2.1如果正在运行的线程数量小于corePoolSize，那么马上创建线程运行这个任务；

        2.2如果正在运行的线程数量大于或等于corePoolSize，那么将这个任务放入队列；

        2.3如果这个时候队列满了且正在运行的线程数量还小于maximumPoolSize，那么还是要创建非核心线程立刻运行这个任务；

        2.4如果队列满了且正在运行的线程数量大于或等于maximumPoolSize，那么线程池会启动饱和拒绝策略来执行。

3、当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行。

4、当一个线程无事可做超过一定的时间（keepAliveTime）时，线程会判断：

        如果当前运行的线程数大于corePoolSize，那么这个线程就被停掉。

        所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到corePoolSize的大小。

 示例代码

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;
/*** 线程池* Arrays* Collections* Executors*/
public class MyThreadPoolDemo {public static void main(String[] args) {ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(2,5,2L,TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue<Runnable>(3),Executors.defaultThreadFactory(),//new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()//new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()//new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());//10个顾客请求try {for (int i = 1; i <= 10; i++) {threadPool.execute(() -> {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 办理业务");});}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {threadPool.shutdown();}}
}

五、总结

        Java 提供了多种创建多线程的方式，每种方式都有其特点和适用场景。继承 Thread 类简单直接，适用于简单的线程任务；实现 Runnable 接口更加灵活，适合在已有类层次结构中使用多线程；实现 Callable 接口可用于需要获取线程执行结果的场景；使用线程池则可以高效地管理和复用线程，适用于需要大量线程处理任务的情况，并且可以通过合理配置线程池参数来优化系统性能。在实际开发中，需要根据具体的需求和场景选择合适的多线程创建方式，以充分发挥多线程编程的优势，提高程序的质量和效率。