Java多线程之Thread和Runnable以及Callable接口多线程的简单实现（适合小白入门，十分简单）

news2024/11/25 18:51:56

Java多线程之Thread和Runnable

  • 一、介绍
    • 1、程序
    • 2、进程
    • 3、线程
    • 4、整体思路
    • 5、注意
  • 二、Thread
    • 1、思路流程
    • 2、样例代码
    • 3、多线程下载图片
  • 三、Runnable
    • 1、思路流程
    • 2、样例代码
    • 3、多线程下载图片
  • 四、Callable接口（仅作了解）
    • 1、具体流程
    • 2、优点
    • 3、样例
  • 五、两者比较（Thread与Runnable）
    • 1、Thread类
    • 2、Runnable接口
    • 3、并发问题
      • 3.1 问题场景
      • 3.2 样例
  • 六、多线程模拟龟兔赛跑
    • 1、具体代码

一、介绍

1、程序

程序是指令和数据的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念。

2、进程

执行程序的一次执行过程，是一个动态的概念，是系统资源分配的单位。

3、线程

通常在一个进程中可以包含若干个线程，当然一个进程中至少有一个线程。线程是CPU调度和执行的单位

4、整体思路

（1）线程是就是独立的执行路径。
（2）在程序运行时，即使没有自己创建线程，后台也会有多个线程，如主线程，gc线程。
（3）main()称之为主线程，为系统的入口，用于执行整个程序。
（4）在一个进程中，如果开辟了多个线程，线程的运行由调度器安排调度，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序不能人为干预。
（5）对同一份资源操作时，会存在资源抢夺的问题，需要加入并发控制。
（6）线程会带来额外的开销。
（7）每个线程在自己工作内存交互，内存控制不当会造成数据不一致。

5、注意

很多的多线程是模拟出来的，真正的多线程是指有多个cpu，即多核，如服务器。如果是模拟出来的多线程，即在一个cpu的情况下，在同一个时间点，cpu只能执行一个代码，因为切换的很快，所以就有同时执行的错觉。

二、Thread

1、思路流程

（1）自定义线程类继承Thread类
（2）重写run( )方法，编写线程执行体
（3）创建线程对象，调用start ( )方法启动线程
（4）线程不一定立即执行，CPU安排调度

2、样例代码

package com.example.multithreading.demo1;

// 创建线程方式一：继承Thread类，重写run()方法，调用start开启线程

// 总结：注意，线程开启不一定立即执行，由CPU调度执行
public class ThreadTest1 extends Thread{

    @Override
    public void run(){
        // run方法线程体
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("线程" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args){
        // main线程，主线程
        // 创建一个线程对象
        ThreadTest1 threadTest1 = new ThreadTest1();
        // 调用start()方法开启线程
        threadTest1.start();

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("主线程");
        }
    }

}

结果
在这里插入图片描述

3、多线程下载图片

package com.example.multithreading.demo1;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;

// 实现多线程同步下载图片
public class ThreadTest2 extends Thread{

    // 网络图片地址
    private String url;
    // 保存的文件名
    private String name;

    public ThreadTest2(String url, String name){
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    // 下载图片线程的执行体
    @Override
    public void run(){
        WebDownloader webDownloader = new WebDownloader();
        webDownloader.downloader(url, name);
        System.out.println("下载了文件名为：" + name);

    }

    public static void main(String[] args){
        ThreadTest2 threadTest1 = new ThreadTest2("http://www.pp3.cn/uploads/allimg/200710/14-200G00Z321.jpg","风景图1.jpg");
        ThreadTest2 threadTest2 = new ThreadTest2("http://www.pp3.cn/uploads/allimg/200710/14-200G00Z321.jpg","风景图2.jpg");
        ThreadTest2 threadTest3 = new ThreadTest2("http://www.pp3.cn/uploads/allimg/200710/14-200G00Z321.jpg","风景图3.jpg");
        threadTest1.start();
        threadTest2.start();
        threadTest3.start();
    }

}

// 下载器
class WebDownloader{
    // 下载方法
    public void downloader(String url, String name){
        try{
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
        } catch (MalformedURLException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

结果
在这里插入图片描述

三、Runnable

1、思路流程

（1）定义一个类实现Runnable接口
（2）实现run( )方法，编写线程执行体
（3）创建线程对象，调用start( )方法启动线程
（因为java单继承的局限性，推荐使用Runnable对象）

2、样例代码

package com.example.multithreading.demo1;

// 创建线程方式2：实现runnable接口，重写run方法，执行线程需要丢入runnable接口实现类，调用start方法
public class ThreadTest3 implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        // run方法线程体
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("线程" + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args){
        // 创建runnable接口的实现类对象
        ThreadTest3 threadTest3 = new ThreadTest3();

        // 创建线程对象，通过线程对象来开启线程代理
        new Thread(threadTest3).start();

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println("主线程");
        }
    }
}

结果
在这里插入图片描述

3、多线程下载图片

package com.example.multithreading.demo1;

import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;

public class ThreadTest3_1 implements Runnable{

    // 网络图片地址
    private String url;
    // 保存的文件名
    private String name;

    public ThreadTest3_1(String url, String name){
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    // 下载图片线程的执行体
    @Override
    public void run(){
        WebDownloader2 webDownloader2 = new WebDownloader2();
        webDownloader2.downloader(url, name);
        System.out.println("下载了文件名为：" + name);

    }

    public static void main(String[] args){
        ThreadTest2 threadTest1 = new ThreadTest2("http://www.pp3.cn/uploads/allimg/200710/14-200G00Z321.jpg","风景图1.jpg");
        ThreadTest2 threadTest2 = new ThreadTest2("http://www.pp3.cn/uploads/allimg/200710/14-200G00Z321.jpg","风景图2.jpg");
        ThreadTest2 threadTest3 = new ThreadTest2("http://www.pp3.cn/uploads/allimg/200710/14-200G00Z321.jpg","风景图3.jpg");
        new Thread(threadTest1).start();
        new Thread(threadTest2).start();
        new Thread(threadTest3).start();
    }

}


// 下载器
class WebDownloader2{
    // 下载方法
    public void downloader(String url, String name){
        try{
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
        } catch (MalformedURLException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

结果
在这里插入图片描述

四、Callable接口（仅作了解）

1、具体流程

（1）实现Callable接口，需要返回值类型
（2）重写call方法，需要抛出异常
（3）创建目标对像
（4）创建执行服务：ExecutorService ser = Excecutors.newFixedThreadPool(1);
（5）提交执行：Future result1 = ser.submit(t1);
（6）获取结果：boolean r1 = result1.get()
（7）关闭服务：ser.shutdownNow()

2、优点

可以定义返回值
可以抛出异常

3、样例

package com.example.multithreading.demo2;

import com.example.multithreading.demo1.ThreadTest2;
import org.apache.commons.io.FileUtils;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.*;

public class CallableTest implements Callable<Boolean> {

    // 网络图片地址
    private String url;
    // 保存的文件名
    private String name;

    public CallableTest(String url, String name){
        this.url = url;
        this.name = name;
    }

    // 下载图片线程的执行体
    @Override
    public Boolean call(){
        WebDownloader3 webDownloader = new WebDownloader3();
        webDownloader.downloader(url, name);
        System.out.println("下载了文件名为：" + name);
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CallableTest t1 = new CallableTest("http://www.pp3.cn/uploads/allimg/200710/14-200G00Z321.jpg","风景图1.jpg");
        CallableTest t2 = new CallableTest("http://www.pp3.cn/uploads/allimg/200710/14-200G00Z321.jpg","风景图2.jpg");
        CallableTest t3 = new CallableTest("http://www.pp3.cn/uploads/allimg/200710/14-200G00Z321.jpg","风景图3.jpg");

        // 创建执行服务
        ExecutorService ser = Executors.newFixedThreadPool(3);

        // 提交执行
        Future<Boolean> r1 = ser.submit(t1);
        Future<Boolean> r2 = ser.submit(t2);
        Future<Boolean> r3 = ser.submit(t3);

        // 获取结果
        boolean rs1 = r1.get();
        boolean rs2 = r2.get();
        boolean rs3 = r3.get();

        System.out.println(rs1);
        System.out.println(rs2);
        System.out.println(rs3);

        // 关闭服务
        ser.shutdownNow();
    }
}

// 下载器
class WebDownloader3{
    // 下载方法
    public void downloader(String url, String name){
        try{
            FileUtils.copyURLToFile(new URL(url), new File(name));
        } catch (MalformedURLException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

结果
在这里插入图片描述

五、两者比较（Thread与Runnable）

1、Thread类

（1）子类继承Thread类具备多线程能力
（2）启动线程：子类对象.start( )
(不建议使用：避免OOP单继承局限性)

ThreadTest1 threadTest1 = new ThreadTest1();
threadTest1.start();

2、Runnable接口

（1）实现接口Runnable具有多线程能力
（2）启动线程：传入目标对象 + Thread对象.start( )
(推荐使用：避免单继承局限性，灵活方便，方便同一个对象被多个线程使用)

// 一份资源
ThreadTest threadTest = new ThreadTest();
// 多个代理
new Thread(threadTest, "张三").start();
new Thread(threadTest, "李四").start();
new Thread(threadTest, "王五").start();

3、并发问题

3.1 问题场景

多个线程操作同一个资源的情况下，线程不安全，数据会出现紊乱。

3.2 样例

package com.example.multithreading.demo1;

// 多个线程同时操作同一个对像
// 买票
public class ThreadTest4 implements Runnable{

    private int num = 10;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (num <= 0) {
                break;
            }

            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->拿到了第" + num-- + "张票");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ThreadTest4 threadTest4= new ThreadTest4();
        new Thread(threadTest4, "张三").start();
        new Thread(threadTest4,"李四").start();
        new Thread(threadTest4,"王五").start();
    }
}

结果
在这里插入图片描述

六、多线程模拟龟兔赛跑

1、具体代码

package com.example.multithreading.demo1;

// 模拟龟兔赛跑
public class TortoiseAndRabbitRace implements Runnable {

    // 定义胜利者
    private static String winner;

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            // 模拟兔子休息
            if(Thread.currentThread().getName().equals("兔子") && i%10==0){
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }

            // 判断比赛是否结束
            boolean flag = gameOver(i);

            if (flag) {
                break;
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "跑了" + i + "步");
        }
    }

    // 判断是否完成比赛
    private boolean gameOver(int steps) {
        // 判断是否有胜利者
        if(winner != null){
            // 已经存在胜利者
            return true;
        }
        if (steps >= 100){
            winner = Thread.currentThread().getName();
            System.out.println("winner is " + winner);
            return true;
        }
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        TortoiseAndRabbitRace race = new TortoiseAndRabbitRace();
        new Thread(race,"兔子").start();
        new Thread(race,"乌龟").start();
    }
}

结果
在这里插入图片描述

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