Java 多线程与线程池

最新推荐文章于 2025-07-01 13:02:48 发布

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本文详细介绍了Java中的多线程概念，包括线程生命周期、创建线程的三种方法、实现接口与继承Thread的比较。重点讨论了线程池的使用，如ExecutorService、Executors和ThreadPoolExecutor，以及如何向线程池提交任务和关闭线程池。此外，还讲解了FutureTask及其在异步计算中的应用。

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文章目录

1. Java 中线程的生命周期

该java.lang.Thread的类包含一个静态枚举-它定义了它的潜在状态。在任何给定的时间点，线程只能处于以下状态之一：

NEW：新创建的线程尚未启动执行
RUNNABLE：运行或准备执行，但它正在等待资源分配
BLOCKED：等待获取监视器锁定以进入或重新进入同步块/方法
WAITING：等待其他一些线程执行特定操作，没有任何时间限制
TIMED_WAITING：等待某个其他线程在指定时间段内执行特定操作
TERMINATED：已完成执行

2. 创建 Java 线程的三种方法

第一种是创建 Thread 子类的一个实例并重写 run 方法
第二种是实现 Runnable 接口
第三种是实现 Callable 接口

实现 Runnable 和 Callable 接口的类只能当做一个可以在线程中运行的任务，不是真正意义上的线程，因此最后还需要通过 Thread 来调用。可以说任务是通过线程驱动从而执行的。

3. 实现接口 VS 继承 Thread

实现接口会更好一些，因为：

Java 不支持多重继承，因此继承了 Thread 类就无法继承其它类，但是可以实现多个接口；
类可能只要求可执行就行，继承整个 Thread 类开销过大。

4. Runable 和 Callable 的比较

与 Runnable 相比，Callable 可以有返回值，返回值通过 Future 进行封装。
由于 Runable 的 run() 方法没有指定“throws”子句，因此无法传播进一步检查的异常；
Callable的call()方法包含“throws Exception”子句，因此我们可以轻松地进一步传播已检查的异常.。

5. 使用线程池

线程池模式有助于节省多线程应用程序中的资源，还可以在某些预定义的限制内包含并行性。

使用线程池时，以并行任务的形式编写并发代码，并将它们提交给线程池的实例执行。此实例控制多个重用线程以执行这些任务。

合理使用线程池能带来 3 个好处：

降低资源消耗
提高响应速度
提高线程的可管理性

下面再介绍下线程池的运行状态. 线程池一共有五种状态, 分别是:

RUNNING ：能接受新提交的任务，并且也能处理阻塞队列中的任务；
SHUTDOWN：关闭状态，不再接受新提交的任务，但却可以继续处理阻塞队列中已保存的任务。在线程池处于 RUNNING 状态时，调用 shutdown()方法会使线程池进入到该状态。（finalize() 方法在执行过程中也会调用shutdown()方法进入该状态）；
STOP：不能接受新任务，也不处理队列中的任务，会中断正在处理任务的线程。在线程池处于 RUNNING 或 SHUTDOWN 状态时，调用 shutdownNow() 方法会使线程池进入到该状态；
TIDYING：如果所有的任务都已终止了，workerCount (有效线程数) 为0，线程池进入该状态后会调用 terminated() 方法进入TERMINATED 状态。
TERMINATED：在terminated() 方法执行完后进入该状态，默认terminated()方法中什么也没有做。

进入TERMINATED的条件如下：
- 线程池不是RUNNING状态；
- 线程池状态不是TIDYING状态或TERMINATED状态；
- 如果线程池状态是SHUTDOWN并且workerQueue为空；
- workerCount为0；
- 设置TIDYING状态成功。

5.1 Executors, Executor and ExecutorService

Executor接口: 它是 Executor 框架的基础，只提供了一个execute() 方法，用于执行提交的 Runnable 实例
ExecutorService 接口：继承了 Executor 接口，包含了大量的方法控制任务的进度和管理服务的终止。使用此接口，您可以提交要执行的任务，还可以使用返回的Future实例控制其执行。
Executors 类：包含了创建预先配置的线程池实例的几种方法

5.2 实例化线程池

ThreadPoolExecutor主要有三种线程池：

FixedThreadPool：所有任务只能使用固定大小的线程,适用于负载比较重的服务器
SingleThreadExecutor：只有当前线程挂了之后才能创建新的线程，相当于大小为 1 的FixedThreadPool。
CachedThreadPool：一个任务创建一个线程,没有大小限制。

1. Executors 类的工厂方法

创建ExecutorService的最简单方法是使用Executors类的工厂方法之一

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

2. 直接创建线程池

因为ExecutorService是一个接口，所以可以使用其任何实现的实例。在java.util.concurrent包中有几种实现可供选择，或者可以创建自己的实现。

ExecutorService executorService = 
  new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,   
  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());

5.3 向线程池提交任务

有两个方法可以完成这个事，分别为execute（）和 submit（）。

1. execute（）

用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功，executor（）方法输入的任务是一个Runnable 实例。

 executorService.execute(() -> System.out.println("executed..."));

2. submit（）

用于提交需要返回值的任务，线程池会返回一个 Future 类型的对象，通过这个 Future 对象可以判断任务是否执行成功，还可以通过调用 Future 的 get（）方法来获取返回值，get（）方法会阻塞当前线程直到任务完成，其重载版本get（long timeout， TimeUnit unit）方法则会阻塞一段时间后立即返回，这个时候有可能任务还没有完成。

Future<Integer> future = executorService.submit(() -> Arrays.asList(1, 52, 836, 52).stream()
                .mapToInt(i -> i)
                .sum());
System.out.println("the result of Callable: " + future.get());