多线程基础：线程基本概念与线程的创建

一. 线程与进程

1. 进程

一开始看线程与进程的概念可能会感觉到很抽象，晦涩难懂，先看下图：

上图是WIN10系统中的任务管理器，操作系统的.exe文件可以理解成一个进程，可以这样说，进程是操作系统运行的一个基本运行单元。

说到进程，有必要来说一下程序，程序由许多个指令与数据组成，就是指令序列。

这些指令需要运行，数据需要读写，指令加载至CPU，让CPU做指定的任务。

数据加载至内存，指令运行时，需要用到网络，磁盘等设备。这一过程就需要进程来加载指令，管理内存，处理IO的。

所以当一个程序运行时，磁盘加载代码至内存就相当于开启一个进程。比如当Java每编译一次.class文件。就会创建一个JVM进程。

我们可以将进程认为是程序运行的一个实例，并且大部分程序都可以运行多个进程实例，比如记事本，谷歌浏览器等，有的程序只能开一个线程，比如酷狗音乐等。

2. 线程

线程相当于进程中相互独立运行的子任务，这些子任务可以有多个， 它们共享着该进程所拥有的资源。

在Java中进程是资源分配的最小单位，线程作为最小的调度单位，先有进程，后有线程。

*二者对比总结*

1. 进程与进程之间是相互独立的，线程属于进程的一个子集存在于线程内。

2. 进程共享系统资源，如内存，网络端口供其线程使用。

3. 进程之间的通信较为复杂，本机通常使用IPC机制，不同计算机之间的通信通常使用Socket或者Http协议进行通信。

4. 线程虽然比进程轻，但是线程的上下文切换的成本非常高。

二. 并行与并发

2.1 并发

单任务运行环境下（单核CPU）线程执行方式是串行的，操作系统中的任务调度器，会将CPU的时间片分给不同程序去执行。

同一时间段内，线程轮流执行的方式叫做并发【concurrent】。换句话说就是一段时间内，处理多件事情的需求。

举个例子说明一下，什么是并发就会很好理解了：

在单核CPU下，现在有两个线程需要执行， 但是在某个时刻下只能让一个线程获得CPU资源去运行，假设当线程1开始运行到指令3时，必须依赖线程2去执行。

此时CPU会去执行线程2，而线程1必须等待线程2运行过后才可运行（大部分都是以时间片轮巡的方式）通过不断切换需要运行的线程的方式，这种就是并发【Parallel】：指两个或多个事件在同一时间段内发生。

这个过程运行时间很快，我们很难感觉到，我们感觉好像是两个线程同时运行的，总结为一句话就是： 微观串行，宏观并行。

2.2 并行

上面说了，并发是一段时间内，处理多件事情的需求。如何解决这种需求，通过并行，所以可以说并行是解决并发的一种方式。

关于并行的定义是这样：指两个或多个事件在同一时刻点同时发生。看下图：

现在，在多核CPU下，以上两个线程不需要等待某一方执行完毕后再去执行，而是可以同时让两个线程同时运行，这就是并行。

三. 同步与异步

同步与异步的概念相对来说比较简单，我们从方法的角度去理解：

假设有A与B两方法，调用A方法时必须返回调用后的结果才能执行B方法，这种就是同步。

相反，无需等待结果返回直接就可以执行B方法就是异步。

多线程是异步的，关于多线程异步调用的应用有很多举几个：

1. 较大文件的格式转换可以单开线程运行，防止阻塞。

2. tomcat中的异步Servlet，让用户线程去处理耗时任务，防止tomcat阻塞。

四. 创建线程

4.1 继承Thread

创建线程类之前，先看Thread类的构造：

public class Thread implements Runnable {}

Thread类实现Runable接口，Runable接口中只有一个抽象方法：

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    /**
     * When an object implementing interface <code>Runnable</code> is used
     * to create a thread, starting the thread causes the object's
     * <code>run</code> method to be called in that separately executing
     * thread.
     * <p>
     * The general contract of the method <code>run</code> is that it may
     * take any action whatsoever.
     *
     * @see     java.lang.Thread#run()
     */
    public abstract void run();
}

所以继承Thread类，需要重写其中的run()方法，将线程所处理的任务放到run()方法执行体中，然后通过创建该类的对象，执行start()方法，才是真正意义上的开启一个线程。

具体代码：

/**
 * MyThread是个线程类
 * @author 爪哇斗罗（javaDouluo）
 *
 */
public class MyThread extends Thread {
	
	/**
	 * 重写run方法
	 */
	@Override
	public void run() {
		System.out.println("MyRunThread===>" + Thread.currentThread().getName());
	}

	public static void main(String[] args) {
		MyThread myThread = new MyThread();
		// 开启线程
		myThread.start();
		// 当前线程名
		System.out.println("main===>"+ Thread.currentThread().getName());
	}
}

运行结果：

注意：

上面有两个线程，一个是主线程，还有一个是我们自己创建的线程，不要认为线程的执行顺序是按照代码的放置顺序来执行的，这与你调用线程方法start()的放置顺序无关。

4.2 实现Runable接口

当出现线程类已经有一个父类时，继承Thread方法就不可行，可以使用实现Runable接口的方式来创建线程，就是对继承的一种拓展。

/**
 * @author 爪哇斗罗（javaDouluo）
 * @date 2022年06月25日 0:17
 */
public class MyRunable implements Runnable{
    /**
     * 实现Run方法
     */
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyRunThread===>" + Thread.currentThread().getName());
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 实例化当前线程对象
        Runnable runnable = new MyRunable();
        // 将当前线程对象入参至Thread
        Thread thread = new Thread(runnable);
        // 开启线程
        thread.start();
        // 当前线程名
        System.out.println("main===>" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

这种方式的结果与上述是一样的。

4.3 FutureTask配合Thread

当线程结束之后我们需要返回一个结果可以使用FutureTask来接收一个Callable类型的参数来处理有返回结果的情况。

package com.jektong.thread.day01;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author 爪哇斗罗（javaDouluo）
 * @date 2022年06月27日 23:10
 */
public class FutureTaskThread {
    /**
     * FutureTask通过配合Callable来实现有返回值得效果
     * @param args
     */
	public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
		FutureTask<Integer> integerFutureTask = new FutureTask<>(new Callable<Integer>() {
            @Override
            public Integer call() throws Exception {
                System.out.println("java");
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
                return 0;
            }
        });
        Thread thread = new Thread(integerFutureTask);
        thread.start();
        // 获取返回值
        integerFutureTask.get();
	}
}