多執行緒的應用場景以及其實現方式
一、執行緒的概要紹
從員工搬貨看多執行緒
現在有一大推貨物堆著，如果我有5個員工搬，肯定會比一個員工搬要快速。但是若是有15個員工搬同一堆貨物，中間肯定會因為空間以及貨物爭搶而產生摩擦，甚至會互相掐架。所以，這就不意味著執行緒越多越好，合理的使用多執行緒，可以充分提升處理器的利用率，提高工作效率
執行緒與程序
程序：每個程序都有獨立的程式碼和資料空間（程序上下文），程序間的切換會有較大的開銷，一個程序包含1–n個執行緒。
執行緒：同一類執行緒共享程式碼和資料空間，每個執行緒有獨立的執行棧和程式計數器(PC)，執行緒切換開銷小。
執行緒和程序一樣分為五個階段：建立、就緒、執行、阻塞、終止。
多程序是指作業系統能同時執行多個任務（程式）。
多執行緒是指在同一程式中有多個順序流在執行。
所以執行緒被包含在程序裡，兩者範疇不一樣
多執行緒使用的目的：
1、 吞吐量：做WEB，容器幫你做了多執行緒，但是它只能幫你做請求層面的，簡單的說，就是一個請求一個執行緒(如struts2，是多執行緒的，每個客戶端請求建立一個例項，保證執行緒安全)，或多個請求一個執行緒，如果是單執行緒，那隻能是處理一個使用者的請求
2、 伸縮性：通過增加CPU核數來提升效能。
多執行緒的使用場景：
1、 常見的B/S服務（瀏覽器、Web服務）web處理請求（一般web中介軟體會自動管理執行緒），各種專用伺服器(如遊戲伺服器)
2、 FTP下載，多執行緒操作檔案
3、 資料庫用到的多執行緒
4、 分散式計算
5、 tomcat內部採用多執行緒，上百個客戶端訪問同一個WEB應用，tomcat接入後就是把後續的處理扔給一個新的執行緒來處理，這個新的執行緒最後呼叫我們的servlet程式，比如doGet或者dpPost方法
6、 後臺任務：如定時向大量(100W以上)的使用者傳送郵件；定期更新配置檔案、任務排程(如quartz)，一些監控用於定期資訊採集
7、 非同步處理：如發微博、記錄日誌
8、費時應用開發，一個費時的計算開個執行緒，前臺加個進度條顯示
9、swing程式設計
二、多執行緒的實現式
常用的實現多執行緒的方有三種，分別是繼承Thread類、實現Runnable介面和使用ExecutorService、Callable、Future實現帶有返回結果的多執行緒。下面一一舉例說明。
繼承Thread類實現多執行緒
繼承Thread類的方法儘管被視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，但是執行緒在呼叫start()方法之後並不是立馬就執行，而是將執行緒處於可執行狀態，什麼時候執行是由作業系統決定的，在執行期間執行緒將會執行run()方法裡的內容。
package com.test.thread;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class ThreadDemo extends Thread {
private String name;
public ThreadDemo(String name){
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
Map<String, String> map = new HashMap<>();
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
map.put("name"+i, name); //將name+1作為key值，value為傳入的執行緒名字
}
this.getInfo(map); //呼叫map的列印方法
}
public void getInfo(Map<String, String> map){
for (String str : map.keySet()) {
System.out.println("名為 "+Thread.currentThread().getName()+" value= "+map.get(str));
}
}
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new ThreadDemo("別鬧"); //定義一個新執行緒
t1.start(); //啟動執行緒。注意，執行緒在啟動之後並不一定是立馬執行，什麼時候執行取決於作業系統
Thread t2 = new ThreadDemo("別鬧+1");
t2.start();
Thread t3 = new ThreadDemo("別鬧+2");
t3.start();
}
}
輸出：
名為 Thread-1 value= 別鬧+1
名為 Thread-0 value= 別鬧
名為 Thread-2 value= 別鬧+2
名為 Thread-0 value= 別鬧
名為 Thread-1 value= 別鬧+1
名為 Thread-0 value= 別鬧
名為 Thread-2 value= 別鬧+2
名為 Thread-0 value= 別鬧
名為 Thread-1 value= 別鬧+1
名為 Thread-0 value= 別鬧
名為 Thread-2 value= 別鬧+2
名為 Thread-1 value= 別鬧+1
名為 Thread-2 value= 別鬧+2
名為 Thread-1 value= 別鬧+1
名為 Thread-2 value= 別鬧+2
再執行一下：
名為 Thread-0 value= 別鬧
名為 Thread-1 value= 別鬧+1
名為 Thread-2 value= 別鬧+2
名為 Thread-2 value= 別鬧+2
名為 Thread-2 value= 別鬧+2
名為 Thread-2 value= 別鬧+2
名為 Thread-2 value= 別鬧+2
名為 Thread-0 value= 別鬧
名為 Thread-0 value= 別鬧
名為 Thread-0 value= 別鬧
名為 Thread-0 value= 別鬧
名為 Thread-1 value= 別鬧+1
名為 Thread-1 value= 別鬧+1
名為 Thread-1 value= 別鬧+1
名為 Thread-1 value= 別鬧+1
說明：
程式啟動執行main時候，java虛擬機器啟動一個程序，主執行緒main在main()呼叫時候被建立。隨著呼叫ThreadDemo 的3個物件的start方法，另外3個執行緒也啟動了，這樣，整個應用就在多執行緒下執行。
由上面的執行結果看出，執行緒的名字若沒有自定義，則會使用預設的名字，格式為“Thread-第幾個執行緒”。執行緒的執行順序是隨機的，一般正常情況下都是執行緒間交叉執行。
實現Runnable介面方式實現多執行緒
我們都知道，一個子類只能繼承一個父類，如果一個類繼承了一個父類，那就不能通過繼承Thread父類來實現多執行緒了，這時，就可以通過實現Runnable介面，來實現多執行緒。
package com.test.thread;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class ThreadDemo implements Runnable {
private String name;
public ThreadDemo(String name){
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
Map<String, String> map = new HashMap<>();
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
map.put("name"+i, name); //將name+1作為key值，value為傳入的執行緒名字
}
this.getInfo(map); //呼叫map的列印方法
}
public void getInfo(Map<String, String> map){
for (String str : map.keySet()) {
System.out.println("名為 "+Thread.currentThread().getName()+" 列印的key= "+str+" value= "+map.get(str));
}
}
public static void main(String[] args) {
Runnable runnable = new ThreadDemo("無厘頭");
Thread t1 = new Thread(runnable, "執行緒1");
t1.start();
Thread t2 = new Thread(runnable,"執行緒2");
t2.start();
Thread t3 = new Thread(runnable,"執行緒3");
t3.start();
}
}
輸出：
名為 執行緒3 列印的key= name5 value= 無厘頭
名為 執行緒1 列印的key= name5 value= 無厘頭
名為 執行緒1 列印的key= name3 value= 無厘頭
名為 執行緒1 列印的key= name4 value= 無厘頭
名為 執行緒1 列印的key= name1 value= 無厘頭
名為 執行緒1 列印的key= name2 value= 無厘頭
名為 執行緒2 列印的key= name5 value= 無厘頭
名為 執行緒2 列印的key= name3 value= 無厘頭
名為 執行緒2 列印的key= name4 value= 無厘頭
名為 執行緒3 列印的key= name3 value= 無厘頭
名為 執行緒2 列印的key= name1 value= 無厘頭
名為 執行緒2 列印的key= name2 value= 無厘頭
名為 執行緒3 列印的key= name4 value= 無厘頭
名為 執行緒3 列印的key= name1 value= 無厘頭
名為 執行緒3 列印的key= name2 value= 無厘頭
說明：
ThreadDemo類通過實現Runnable介面，使得該類有了多執行緒類的特徵。run（）方法是多執行緒程式的一個約定。所有的多執行緒程式碼都在run方法裡面。在啟動的多執行緒的時候，需要先通過Thread類的構造方法Thread(Runnable target, String name) 構造出物件，然後呼叫Thread物件的start()方法來執行多執行緒程式碼。
使用ExecutorService、Callable、Future實現帶有返回結果的多執行緒
上面所講述的兩種實現多執行緒的方法，都是沒有返回值的，如果想要實現帶返回值的多執行緒，不妨試一下，下面這種方法。
@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】";
} 輸出：
說明：
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。
ExecutorService、Callable、Future這些物件實際上都是屬於Executor框架中的功能類，推薦大家去看看Executor框架。