Java多线程Thread与Runnable

发布于 2021-01-25  62 次阅读


在java中可有两种方式实现多线程,一种是继承Thread类,一种是实现Runnable接口;Thread类和Runnable接口都是在java.lang包中定义的。

  • 实现Runnable接口方式可以避免继承Thread方式由于Java单继承特性带来的缺陷。具体什么缺陷呢?

①首先来从接口实现和类继承的区别来谈谈

如果你想写一个类C,但这个类C已经继承了一个类A,此时,你又想让C实现多线程。用继承Thread类的方式不行了。(因为单继承的局限性),此时,只能用Runnable接口,Runnable接口就是为了解决这种情境出现的

②从Thread和Runnable的实现机制再来谈谈这个问题

首先 Thread 和 Runnable 实际上是一种静态代理的实现方式。

源代码:

public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

public class Thread implements Runnable {
    ...
    private Runnable target;
    public Thread(Runnable target) {
        init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
    }
    public void run() {
        if (target != null) {
            target.run(); //代理的target的run方法
        }
    }
}

另外一个我们知道线程启动是调用 thread.start() 方法,但是 start() 方法会调用 native 的 start0()方法,继而由 JVM 来实现多线程的控制,因为需要系统调用来控制时间分片。 现在我们可以深入理解一下两种线程实现方式的异同。

Class MyThread extends Thread(){
    public int count = 10;
    public synchronized void run(){
        while(count>0){
            count--;
        }
    } 
}

new Mythread().start(); //启动 n 个线程
new Mythread().start();

这种实现方式实际上是重写了 run() 方法,由于线程的资源和 Thread 实例捆绑在一起,所以不同的线程的资源不会进行共享。

Class MyThread implements Runnable{
    public int count = 10;
    public synchronized void run(){
        while(count>0){
            count--;
        }
    } 
}
MyThread mt = new MyThread();
new Thread(mt).start();  //启动 n 个线程
new Thread(mt).start();

这种实现方式就是静态代理的方式,线程资源与 Runable 实例捆绑在一起,Thread 只是作为一个代理类,所以资源可以进行共享。

③从 Java 语言设计者的角度来看

Runnable 可以理解为 Task,对应的是具体的要运行的任务,而 Thread 对应某一个具体的线程运行的载体。综上,继承 Thread 来实现,可以说是不推荐的。

实现Runnable的代码可以被多个线程(Thread实例)共享,适合于多个线程处理同一资源的情况。

下面以典型的买票程序来说明这点(这里我为了让大家理解,没有用synchronized同步代码块,可能运行结果会不按正常出牌):

①通过继承Thread来实现


package me.demo.thread;

class MyThread extends Thread {
    private int ticketsCont = 5;// 一共有五张火车票
    private String name; // 窗口,也即是线程的名字

    public MyThread(String name) {
    this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
    while (ticketsCont > 0) {
        ticketsCont--; // 如果还有票就卖一张
        System.out.println(name + "卖了一张票,剩余票数为:" + ticketsCont);
    }
    }
}

public class TicketsThread {

    public static void main(String[] args) {
    // 创建三个线程,模拟三个窗口卖票
    MyThread mt1 = new MyThread("窗口1");
    MyThread mt2 = new MyThread("窗口2");
    MyThread mt3 = new MyThread("窗口3");

    // 启动这三个线程,也即是窗口,开始卖票
    mt1.start();
    mt2.start();
    mt3.start();
    }
}

 

我们运行这个程序会发现,三个线程各买了五张票,总共买了15张票,而我们模拟的火车站窗口总共就只剩下五张票,这显然会出问题的啊,更别谈资源共享了,因为程序中,我们创建了三个MyThread的实例对象,而作为普通成员变量的ticketsCont(注意,这里是非静态成员变量,如果是静态成员变量那就另当别论了)显然被初始化了三次,存在于三个不同的对象中,所以也就造成了这个结果,可见Thread不适合资源共享。

②通过实现Runnable接口来实现:


package me.demo.runnable;

class MyThread implements Runnable {

    private int ticketsCont = 5; // 一共有五张火车票

    @Override
    public void run() {
    while (ticketsCont > 0) {
        ticketsCont--;// 如果有票就卖掉一张
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖了一张票,剩余票数为:" + ticketsCont);
    }
    }

}

public class TicketsRunnable {

    public static void main(String[] args) {
    MyThread thread = new MyThread();
    // 创建三个线程来模拟三个售票窗口
    Thread th1 = new Thread(thread, "窗口1");
    Thread th2 = new Thread(thread, "窗口2");
    Thread th3 = new Thread(thread, "窗口3");

    // 启动这三个线程,也即是三个窗口开始卖票
    th1.start();
    th2.start();
    th3.start();
    }
}

我们运行这个程序发现,三个Thread总共卖了五张票,这显然符合日常生活中的情况,因为Thread共享了实现了Runnable接口的MyThread类的实例中的成员变量ticketsCont,也就不存在上述问题了。

另外,针对以上代码补充三点:

  • 在第二种方法(Runnable)中,ticket输出的顺序并不是54321,这是因为线程执行的时机难以预测,ticket--并不是原子操作。
  • 在第一种方法中,我们new了3个Thread对象,即三个线程分别执行三个对象中的代码,因此便是三个线程去独立地完成卖票的任务;而在第二种方法中,我们同样也new了3个Thread对象,但只有一个Runnable对象,3个Thread对象共享这个Runnable对象中的代码,因此,便会出现3个线程共同完成卖票任务的结果。如果我们new出3个Runnable对象,作为参数分别传入3个Thread对象中,那么3个线程便会独立执行各自Runnable对象中的代码,即3个线程各自卖5张票。
  • 在第二种方法中,由于3个Thread对象共同执行一个Runnable对象中的代码,因此可能会造成线程的不安全,比如可能ticket会输出-1(如果我们System.out....语句前加上线程休眠操作,该情况将很有可能出现),这种情况的出现是由于,一个线程在判断ticket为1>0后,还没有来得及减1,另一个线程已经将ticket减1,变为了0,那么接下来之前的线程再将ticket减1,便得到了-1。这就需要加入同步操作(即互斥锁),确保同一时刻只有一个线程在执行每次for循环中的操作。而在第一种方法中,并不需要加入同步操作,因为每个线程执行自己Thread对象中的代码,不存在多个线程共同执行同一个方法的情况。

总结:

Thread类也是Runnable接口的子类,可见, 实现Runnable接口相对于继承Thread类来说,有如下显著的好处:

  • 适合多个相同程序代码的线程去处理同一资源的情况,把虚拟CPU(线程)同程序的代码,数据有效的分离,较好地体现了面向对象的设计思想。
  • 可以避免由于Java的单继承特性带来的局限。我们经常碰到这样一种情况,即当我们要将已经继承了某一个类的子类放入多线程中,由于一个类不能同时有两个父类,所以不能用继承Thread类的方式,那么,这个类就只能采用实现Runnable接口的方式了。
  • 有利于程序的健壮性,代码能够被多个线程共享,代码与数据是独立的。当多个线程的执行代码来自同一个类的实例时,即称它们共享相同的代码。多个线程操作相同的数据,与它们的代码无关。当共享访问相同的对象是,即它们共享相同的数据。当线程被构造时,需要的代码和数据通过一个对象作为构造函数实参传递进去,这个对象就是一个实现了Runnable接口的类的实例。

Nothing is impossible!