多线程（1）——Thread 类

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#java #jvm #开发语言

于 2024-07-31 15:45:39 首次发布

1. 线程（Thread）

1.1 概念

1.1.1 线程是什么

一个线程就是一个“执行流”，每个线程之间都可以按照顺序执行自己的代码，多个线程之间“同时”执行着多份代码。

1.1.2 为什么要有线程

首先，“并发编程”成为“刚需”

单核 cpu 的发展遇到了瓶颈，要想提高算力，就需要多核 cpu，而并发编程能更充分利用多核 cpu 资源
有些任务场景需要“等待 IO”，为了让等待 IO 的时间能够去做一些其他工作，也需要用到并发编程

其次，虽然多进程也能实现并发编程，但是线程比进程更轻量

创建线程比创建进程更快（因为创建线程省去了“分配资源”的过程，一旦创建进程，同时也会创建第一个线程，此时就会分配资源，一旦后续创建更多线程，就不必重新再分配资源了）
销毁线程比销毁进程更快（因为销毁线程省去了“释放资源”的过程）
调度线程比调度进程更快

最后，人们不满足于线程的轻量，又有了“线程池(ThreadPool)”和 “协程(Coroutine)”

1.1.3 进程和线程的区别

进程包含线程，每个进程至少有一个线程存在，即主线程
进程是系统“资源分配”的基本单位，线程是系统“调度执行”的基本单位
进程和进程之间不共享内存空间，同一个进程的线程之间共享同一份系统资源（包括内存、硬盘、网络宽带等；在编程中，多个线程是可以公用同一份变量的）
线程是当下实现并发编程的主流方式，通过多线程就可以充分利用好多核 cpu，但并不是线程数目越多越好，线程数目达到一定程度，把多个核心充分利用后，此时若继续增加线程，无法再提高效率，甚至可能会影响效率
多个线程之间，可能会相互影响（线程安全问题），一个线程抛出异常，可能会把其他线程一起带走
多个进程之间，一般不会相互影响，一个进程崩溃了，不会影响到其他进程，这一点称为“进程的隔离性”

1.1.4 Java 的线程和操作系统线程的关系

线程是操作系统中的概念，操作系统内核实现了线程这样的机制，并且对用户层提供了一些 API 供用户使用（如 Linux 中的 pthread 库）

Java 标准库中 Thread 类可以视为是对操作系统提供的 API 进行了进一步的抽象和封装

1.2 创建线程

方法1：继承 Thread 类

继承 Thread 来创建一个线程类

//此处 Thread 类可以直接使用，不需要导入任何包，因为其包含于 java.lang
class MyThread extends Thread {
    //继承 Thread 的主要目的就是为了重写 run 方法
    @Override
    public void run() {
        //这里写的代码，就是即将创建出的线程要执行的逻辑
        System.out.println("hello Thread");
    }
}
public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建 MyThread 类的实例
        MyThread t = new MyThread();

        //调用 start 方法
        //会在进程内部创建出一个新的线程
        //新的线程就会执行 run 里面的代码
        t.start();
    }
}

执行结果：

tip：上面 run 方法，用户手动定义了，但没有手动调用，最终这个方法被 系统/库/框架 进行调用了，此时这样的方法就称为“回调函数”（callback）

例如：

C 中的函数指针主要有两个用途：1. 作为回调函数；2. 实现转移表，降低代码的复杂程度
Java 数据结构中的优先级队列（堆），必须先定义好对象的“比较规则”；如：Comparable 中的 compareTo 和 Comparator 中的 conpare，都是自己定义，但没有调用，此时都是由标准库本身内部的逻辑负责调用的

上面代码运行起来是一个进程，但是这个进程中包含了两个线程

调用 main 方法的线程称为“主线程”；t.start(); 又手动创建了新的线程

主线程和新线程就会 并发/并行 的在 cpu 上执行

由于程序只执行一次，速度很快，看不出线程相关，所以给程序加上 while 循环：

class MyThread extends Thread {
    //继承 Thread 的主要目的就是为了重写 run 方法
    @Override
    public void run() {
        //这里写的代码，就是即将创建出的线程要执行的逻辑
        while(true) {
            System.out.println("hello Thread");
            //循环中加上休眠操作，让循环每循环一次都休息一会，避免 cpu 消耗过大
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}
public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //创建 MyThread 类的实例
        MyThread t = new MyThread();

        //调用 start 方法创建线程
        t.start();

        while(true) {
            System.out.println("hello main!");
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
}