JAVA多執行緒實現的三種方式及內部原理
JAVA多執行緒實現方式主要有三種:繼承Thread類、實現Runnable介面、使用ExecutorService、Callable、Future實現有返回結果的多執行緒。其中前兩種方式執行緒執行完後都沒有返回值,只有最後一種是帶返回值的。
1、繼承Thread類實現多執行緒
繼承Thread類的方法儘管被我列為一種多執行緒實現方式,但Thread本質上也是實現了Runnable介面的一個例項,它代表一個執行緒的例項,並且,啟動執行緒的唯一方法就是通過Thread類的start()例項方法。start()方法是一個native方法,它將啟動一個新執行緒,並執行run()方法。這種方式實現多執行緒很簡單,通過自己的類直接extend Thread,並複寫run()方法,就可以啟動新執行緒並執行自己定義的run()方法。例如:
- public class MyThread extends Thread {
- public void run() {
- System.out.println("MyThread.run()");
- }
- }
在合適的地方啟動執行緒如下:<span style="font-size:14px;"><span style="font-size:14px;">public class MyThread extends Thread { public void run() { System.out.println("MyThread.run()"); } }</span></span>
[java] view plaincopyprint?
- MyThread myThread1 = new MyThread();
- MyThread myThread2 = new MyThread();
- myThread1.start();
- myThread2.start();
<span style="font-size:14px;"><span style="font-size:14px;">MyThread myThread1 = new MyThread(); MyThread myThread2 = new MyThread(); myThread1.start(); myThread2.start();</span></span>
2、實現Runnable介面方式實現多執行緒
如果自己的類已經extends另一個類,就無法直接extends Thread,此時,必須實現一個Runnable介面,如下:
[java] view plaincopyprint?
- public class MyThread extends OtherClass implements Runnable {
- public void run() {
- System.out.println("MyThread.run()");
- }
- }
<span style="font-size:14px;"><span style="font-size:14px;">public class MyThread extends OtherClass implements Runnable {
public void run() {
System.out.println("MyThread.run()");
}
}</span></span>
為了啟動MyThread,需要首先例項化一個Thread,並傳入自己的MyThread例項:[java] view plaincopyprint?
- MyThread myThread = new MyThread();
- Thread thread = new Thread(myThread);
- thread.start();
<span style="font-size:14px;"><span style="font-size:14px;">MyThread myThread = new MyThread();
Thread thread = new Thread(myThread);
thread.start();</span></span>
事實上,當傳入一個Runnable target引數給Thread後,Thread的run()方法就會呼叫target.run(),參考JDK原始碼:[java] view plaincopyprint?
- public void run() {
- if (target != null) {
- target.run();
- }
- }
<span style="font-size:14px;"><span style="font-size:14px;">public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}</span></span>
3、使用ExecutorService、Callable、Future實現有返回結果的多執行緒
ExecutorService、Callable、Future這個物件實際上都是屬於Executor框架中的功能類。想要詳細瞭解Executor框架的可以訪問http://www.javaeye.com/topic/366591 ,這裡面對該框架做了很詳細的解釋。返回結果的執行緒是在JDK1.5中引入的新特徵,確實很實用,有了這種特徵我就不需要再為了得到返回值而大費周折了,而且即便實現了也可能漏洞百出。
可返回值的任務必須實現Callable介面,類似的,無返回值的任務必須Runnable介面。執行Callable任務後,可以獲取一個Future的物件,在該物件上呼叫get就可以獲取到Callable任務返回的Object了,再結合線程池介面ExecutorService就可以實現傳說中有返回結果的多執行緒了。下面提供了一個完整的有返回結果的多執行緒測試例子,在JDK1.5下驗證過沒問題可以直接使用。程式碼如下:
[java] view plaincopyprint?
- import java.util.concurrent.*;
- import java.util.Date;
- import java.util.List;
- import java.util.ArrayList;
- /**
- * 有返回值的執行緒
- */
- @SuppressWarnings("unchecked")
- public class Test {
- public static void main(String[] args) throws ExecutionException,
- InterruptedException {
- System.out.println("----程式開始執行----");
- Date date1 = new Date();
- int taskSize = 5;
- // 建立一個執行緒池
- ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);
- // 建立多個有返回值的任務
- List<Future> list = new ArrayList<Future>();
- for (int i = 0; i < taskSize; i++) {
- Callable c = new MyCallable(i + " ");
- // 執行任務並獲取Future物件
- Future f = pool.submit(c);
- // System.out.println(">>>" + f.get().toString());
- list.add(f);
- }
- // 關閉執行緒池
- pool.shutdown();
- // 獲取所有併發任務的執行結果
- for (Future f : list) {
- // 從Future物件上獲取任務的返回值,並輸出到控制檯
- System.out.println(">>>" + f.get().toString());
- }
- Date date2 = new Date();
- System.out.println("----程式結束執行----,程式執行時間【"
- + (date2.getTime() - date1.getTime()) + "毫秒】");
- }
- }
- class MyCallable implements Callable<Object> {
- private String taskNum;
- MyCallable(String taskNum) {
- this.taskNum = taskNum;
- }
- public Object call() throws Exception {
- System.out.println(">>>" + taskNum + "任務啟動");
- Date dateTmp1 = new Date();
- Thread.sleep(1000);
- Date dateTmp2 = new Date();
- long time = dateTmp2.getTime() - dateTmp1.getTime();
- System.out.println(">>>" + taskNum + "任務終止");
- return taskNum + "任務返回執行結果,當前任務時間【" + time + "毫秒】";
- }
- }
<span style="font-size:14px;"><span style="font-size:14px;">import java.util.concurrent.*;
import java.util.Date;
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
/**
* 有返回值的執行緒
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public class Test {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException,
InterruptedException {
System.out.println("----程式開始執行----");
Date date1 = new Date();
int taskSize = 5;
// 建立一個執行緒池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);
// 建立多個有返回值的任務
List<Future> list = new ArrayList<Future>();
for (int i = 0; i < taskSize; i++) {
Callable c = new MyCallable(i + " ");
// 執行任務並獲取Future物件
Future f = pool.submit(c);
// System.out.println(">>>" + f.get().toString());
list.add(f);
}
// 關閉執行緒池
pool.shutdown();
// 獲取所有併發任務的執行結果
for (Future f : list) {
// 從Future物件上獲取任務的返回值,並輸出到控制檯
System.out.println(">>>" + f.get().toString());
}
Date date2 = new Date();
System.out.println("----程式結束執行----,程式執行時間【"
+ (date2.getTime() - date1.getTime()) + "毫秒】");
}
}
class MyCallable implements Callable<Object> {
private String taskNum;
MyCallable(String taskNum) {
this.taskNum = taskNum;
}
public Object call() throws Exception {
System.out.println(">>>" + taskNum + "任務啟動");
Date dateTmp1 = new Date();
Thread.sleep(1000);
Date dateTmp2 = new Date();
long time = dateTmp2.getTime() - dateTmp1.getTime();
System.out.println(">>>" + taskNum + "任務終止");
return taskNum + "任務返回執行結果,當前任務時間【" + time + "毫秒】";
}
}</span></span>
程式碼說明:上述程式碼中Executors類,提供了一系列工廠方法用於創先執行緒池,返回的執行緒池都實現了ExecutorService介面。
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
建立固定數目執行緒的執行緒池。
public static ExecutorService newCachedThreadPool()
建立一個可快取的執行緒池,呼叫execute 將重用以前構造的執行緒(如果執行緒可用)。如果現有執行緒沒有可用的,則建立一個新執行緒並新增到池中。終止並從快取中移除那些已有 60 秒鐘未被使用的執行緒。
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
建立一個單執行緒化的Executor。
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
建立一個支援定時及週期性的任務執行的執行緒池,多數情況下可用來替代Timer類。
ExecutoreService提供了submit()方法,傳遞一個Callable,或Runnable,返回Future。如果Executor後臺執行緒池還沒有完成Callable的計算,這呼叫返回Future物件的get()方法,會阻塞直到計算完成。
4、執行緒池的內部原理以及callable的內部實現原理,看下面呼叫棧及原始碼
4.1首先呼叫submit,就是線上程池中進行處理
Thread [main] (Suspended (breakpoint at line 895 in ThreadPoolExecutor))
ThreadPoolExecutor.addWorker(Runnable, boolean) line: 895
ThreadPoolExecutor.execute(Runnable) line: 1360
ThreadPoolExecutor(AbstractExecutorService).submit(Callable<T>) line: 132
CallableTest.main(String[]) line: 26
addWorker中建立了執行緒並最終呼叫了 t.start();
4.2這個時候建立了執行緒池中第一個執行緒執行任務
Thread [pool-1-thread-1] (Suspended (breakpoint at line 1124 in ThreadPoolExecutor))
ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor$Worker) line: 1124
ThreadPoolExecutor$Worker.run() line: 615
Thread.run() line: 745
4.3執行完任務後會將f.get中的喚醒並返回,其邏輯就在finishCompletion中
Thread [pool-1-thread-1] (Suspended (breakpoint at line 362 in FutureTask))
FutureTask<V>.finishCompletion() line: 362 [local variables unavailable]
FutureTask<V>.set(V) line: 229
FutureTask<V>.run() line: 270
ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor$Worker) line: 1145
ThreadPoolExecutor$Worker.run() line: 615
Thread.run() line: 745
5.至於執行緒的建立可以參考大神的Dalvik虛擬機器程序和執行緒建立過程,JVM中略有不同但大題流程就是如此
就從start函式開始分析Dalvik虛擬機器執行緒的建立過程,如圖2所示:
圖2 Dalvik虛擬機器執行緒的建立過程