Java多线程【异步编排】

最新推荐文章于 2025-06-17 15:18:32 发布

大脑不能为空

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分类专栏： Java基础、多线程、JVM 文章标签： java 开发语言多线程

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_33399435/article/details/127309801

1. 线程和进程

1.1 进程

本质是一个运行的程序，是系统资源分配的基本单位，每一个进程都有一个独立的内存地址空间：（包括代码空间，数据空间)，每一个进程内存空间，数据空间都是私有的，不能被其他的进程访问：进程与进程之间相互隔离的。

1.2 线程

线程是为了让CPU执行更高效提出的。

进程中的所有资源都被线程共享。
线程是CPU分配的基本单位。
线程之间操作共享资源进行通信。
线程比进程通信更简单、高效。

1）上下文切换

问题1： 现在的机器可以运行远大于CPU核心数的线程运行，操作资源是如何分配的？

CPU采用时间分片的模式，将CPU的时间片段轮流分配给多个线程执行；分配给每个线程的时间大概是几十毫秒ms，线程在CPU时间片执行，如果当前线程没有执行结束，CPU时间分片已经结束，此线程就会被挂起，下一个时间分片将会分给下一个线程，上一个线程等待唤醒。

问题2： 线程没有执行完毕，线程别挂起，等待下次被唤醒，继续完成任务！系统是怎么知道线程之前运行到哪里？从哪里开始执行呢？？

CPU包含

寄存器（存储数据状态信息）
程序计数器：存储CPU正在执行的指令，以及执行下一条指令的位置。

CPU在执行任务时候，都必须依赖寄存器，程序计数器；这些东西就是CPU切换的开销，称之为上下文切换

2）线程的调度

抢占式调度
协同式调度

问题1：操作系统如何共享CPU时间分片，如何分配CPU执行权限？线程何时分到时间分片？线程分配多长时间？如何给重要的线程多分配一点时间，次要的少分配点时间呢？

（1）抢占式调度

并发线程下，所有线程会抢占时间分片，获取执行权限。有些线程执行时间长，造成线程堵塞等待，等待CPU资源。

JVM线程调度：抢占式调度模式

（2）协同式调用

一个线程执行完成后主动通知系统切换到另一个线程执行；（同步堵塞）

致命缺点：一个线程堵塞，则会导致整个进程堵塞，一个线程异常，则会导致整个进程崩溃

3）并行和并发

并发：一段时间内，多个线程轮流分配时间分片，抢占式执行。
并行：同一时刻，多个线程同时执行。

2. 多线程实践

2.1 多线程的实现方式

继承Thread类，实现多线程

public static void main(String[] args) {
     
      
    System.out.println("thread.........start...........");
    /* 1. 测试Thread实现的多线程 */
    // 创建多线程对象
    ThreadA threadA = new ThreadA();
    // 开启线程
    threadA.start();
    System.out.println("thread.........end.............");
}


public static class ThreadA extends Thread {
     
     
    /**
     * run方法是线程执行主体，多线程任务在run方法中执行。
     */
    @Override
    public void run() {
     
     
        log.info("继承Thread实现方式.....");
        // 业务代码执行
        int i = 100 / 3;
        log.info("业务代码执行的结果为：{}，线程的名称：{}，线程的ID：{}", i, this.getName(), this.getId());
    }
}

总结：多线程线程的执行，是在主线程执行完毕后再执行的。（体现了异步的效果）

实现Runnable接口，实现多线程

（1）普通构建方式

public static void main(String[] args) {
     
      
    System.out.println("thread.........start...........");
    /* 测试实现Runnable接口，实现多线程 */
    // 创建多线程对象
    Thread02 thread02 = new Thread02();
    // 构建多线程对象
    Thread thread = new Thread(thread02);
    // 开启线程
    thread.start();
    System.out.println("thread.........end.............");
}

public static class Thread02 implements Runnable {
     
     
    /**
     * run方法是线程执行主体，多线程任务在run方法中执行。
     */
    @Override
    public void run() {
     
     
        log.info("实现Runnable接口的实现方式.....");
        // 业务代码执行
        int i = 100 / 3;
        log.info("业务代码执行的结果为：{}", i);
    }
}

（2）匿名内部类实现方式

public static void main(String[] args) {
     
      
    System.out.println("thread.........start...........");
    /* 测试实现Runnable接口，实现多线程 */
    // 创建多线程对象
    Runnable runnable = new Runnable() {
     
     
        @Override
        public void run() {
     
     
            log.info("实现Runnable接口的实现方式.....");
            // 业务代码执行
            int i = 100 / 3;
            log.info("业务代码执行的结果为：{}", i);
        }
    };
    // 构建多线程对象
    Thread thread = new Thread(runnable);
    // 开启线程
    thread.start();
    System.out.println("thread.........end.............");
}

（3）lambda表达式方式（推荐使用，但需要了解下lambda表达式实现原理）

public static void main(String[] args) {
     
      
    System.out.println("thread.........start...........");
    /* 测试实现Runnable接口，实现多线程 */
    // lambda创建多线程对象，直接传入Thread构造参数中，并开启线程
    new Thread(() -> {
     
     
        log.info("实现Runnable接口的实现方式.....");
        // 业务代码执行
        int i = 100 / 3;
        log.info("业务代码执行的结果为：{}", i);
    }).start();
    System.out.println("thread.........end.............");
}

lambda表达式的特点：
1. @FunctionalInterface：表示可以使用lambda表达式编程，此注解相当于一个标识
2. 接口如果只有一个方法（必须满足），即使没有上面的注解，也可以使用lambda表达式；程序会在后台自动识别。

lambda表达式写作形式：方法括号(有参写，无参不写) -> {业务执行方法体}

Callable + FutureTask实现多线程

jdk1.5后： 添加Callable接口，实现多线程，相较于Thread和Runnable接口而言，Callable有返回值。

@FunctionalInterface ：表示支持lambda表达式
public interface Callable<V> ：

具有泛型的接口，只有一个call方法，call方法就是多线程执行业务主体。
方法有返回值，返回值类型就是指定的泛型类型。

疑问： 由于多线程执行必须和Thread有关系，Callable和Thread有什么关系呢？

因为Runnable的实现类FutureTask即创建了Runnable接口的构造函数，也创建了Callable接口的构造函数 。
同时Thread类需要的是一个对Runnable接口的实现类，而RunnableFuture是继承于Runnable的，FutureTask是RunnableFuture实现类，所以通过FutureTask构造的多线程对象可以直接传入Thread使用。。

（1）普通实现方式

public static void main(String[] args) {
     
     
    System.out.println("thread.........start...........");
    // 创建多线程对象
    Thread03 thread03 = new Thread03();
    // 创建FutureTask对象，将thread03对象传递到构造函数中
    FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(thread03);
    // 创建多线程对象
    Thread thread = new Thread(task);
    // 开启线程执行
    thread.start();

    try {
     
     
        // 等待子线程执行结束后，获取返回结果，该代码为同步阻塞，必须等待异步线程执行结束，且返回结果后，才能继续往下执行。
        Integer integer = task.get();
        System.out.println("子程序运行结果为：" + integer);
    } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
     
     
        throw new RuntimeException(e);
    }
    System.out.println("thread.........end.............");
}


public static class Thread03 implements Callable<Integer> {
     
     
    /**
     * 业务执行主体
     * @return 返回值
     * @throws Exception 异常捕获
     */
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
     
     
        log.info("实现Callable接口的实现方式.....");
        // 业务代码执行
        int i = 100 / 3;
        log.info("业务代码执行的结果为：{}", i);
        return i;
    }
}

（2）匿名内部类实现方式

public static void main(String[] args) {
     
     
   System.out.println("thread.........start...........");
   // 创建多线程对象
   Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {
     
     
       @Override
       public Integer call() throws Exception {
     
     
           log.info("实现Callable接口的实现方式.....");
           // 业务代码执行
           int i = 100 / 3;
           log.info("业务代码执行的结果为：{}", i);
           return i;
       }
   };
   // 创建FutureTask对象，将Callable接口对象传递到构造函数中
   FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(callable);
   // 创建多线程对象
   Thread thread = new Thread(task);
   // 开启线程执行
   thread.start();
   try {
     
     
       // 等待子线程执行结束后，获取返回结果，该代码为同步阻塞，必须等待异步线程执行结束，且返回结果后，才能继续往下执行。
       Integer integer = task.get();
       System.out.println("子程序运行结果为：" + integer);
   } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
     
     
       throw new RuntimeException(e);
   }

   System.out.println("thread.........end.............");
}

（3）lambda表达式实现方式

public static void main(String[] args) {
     
     
    System.out.println("thread.........start...........");
    // 创建FutureTask对象，通过lambda表达式实现Callable接口
    FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(() -> {
     
     
        log.info("实现Callable接口的实现方式.....");
        // 业务代码执行
        int i = 100 / 3;
        log.info("业务代码执行的结果为：{}", i);
        return i;
    });
    // 创建多线程对象
    Thread thread = new Thread(task);
    // 开启线程执行
    thread.start();
    try {
     
     
        // 等待子线程执行结束后，获取返回结果，该代码为同步阻塞，必须等待异步线程执行结束，且返回结果后，才能继续往下执行。
        Integer integer = task.get();
        System.out.println("子程序运行结果为：" + integer);
    } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
     
     
        throw new RuntimeException(e);
    }

    System.out.println(