【多线程】线程的概念与创建

多线程

1. 认识线程（Thread）
- 线程是什么
- 为啥要有线程
- 进程和线程的区别
- Java 的线程和操作系统线程的关系
2.第⼀个多线程程序
3.创建线程
- ⽅法1 继承 Thread 类
- ⽅法2 实现 Runnable 接⼝
- 方法3 匿名内部类创建 Thread ⼦类对象
- 方法4 匿名内部类创建 Runnable ⼦类对象
- 方法5 lambda 表达式创建 Runnable ⼦类对象
4.多线程的优势-增加运⾏速度

1. 认识线程（Thread）

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.

还是回到我们之前的银⾏的例⼦中。之前我们主要描述的是个⼈业务，即⼀个⼈完全处理⾃⼰的业
务。我们进⼀步设想如下场景：
⼀家公司要去银⾏办理业务，既要进⾏财务转账，⼜要进⾏福利发放，还得进⾏缴社保。
如果只有张三⼀个会计就会忙不过来，耗费的时间特别⻓。为了让业务更快的办理好，张三⼜找来两
位同事李四、王五⼀起来帮助他，三个⼈分别负责⼀个事情，分别申请⼀个号码进⾏排队，⾃此就有
了三个执⾏流共同完成任务，但本质上他们都是为了办理⼀家公司的业务。
此时，我们就把这种情况称为多线程，将⼀个⼤任务分解成不同⼩任务，交给不同执⾏流就分别排队
执⾏。其中李四、王五都是张三叫来的，所以张三⼀般被称为主线程（Main Thread）。

为啥要有线程

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的⼯作, 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.
销毁线程⽐销毁进程更快.
调度线程⽐调度进程更快.

最后, 线程虽然⽐进程轻量, 但是⼈们还不满⾜, 于是⼜有了 “线程池”(ThreadPool) 和 “协程”
(Coroutine)

关于线程池我们后⾯再介绍. 关于协程的话题我们此处暂时不做过多讨论.

进程和线程的区别

进程是包含线程的. 每个进程⾄少有⼀个线程存在，即主线程
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个内存空间.

⽐如之前的多进程例⼦中，每个客⼾来银⾏办理各⾃的业务，但他们之间的票据肯定是不想让别⼈知
道的，否则钱不就被其他⼈取⾛了么。⽽上⾯我们的公司业务中，张三、李四、王五虽然是不同的执
⾏流，但因为办理的都是⼀家公司的业务，所以票据是共享着的。这个就是多线程和多进程的最⼤区
别。

进程是系统分配资源的最⼩单位，线程是系统调度的最⼩单位。
⼀个进程挂了⼀般不会影响到其他进程. 但是⼀个线程挂了, 可能把同进程内的其他线程⼀起带⾛(整
个进程崩溃).
在这里插入图片描述

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, 并且对⽤⼾层提供了⼀些 API 供⽤⼾
使⽤(例如 Linux 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.

2.第⼀个多线程程序

感受多线程程序和普通程序的区别:
• 每个线程都是⼀个独⽴的执⾏流
• 多个线程之间是 “并发” 执⾏的.

import java.util.Random;
public class ThreadDemo {
 private static class MyThread extends Thread {
  @Override
  public void run() {
   Random random = new Random();
   while (true) {
    // 打印线程名称
    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    try {
     // 随机停⽌运⾏ 0-9 秒
     Thread.sleep(random.nextInt(10));
    } catch (InterruptedException e) {
     e.printStackTrace();
    }
   }
  }
 }
 public static void main(String[] args) {
  MyThread t1 = new MyThread();
  t1.start();
  Random random = new Random();
  while (true) {
   // 打印线程名称
   System.out.println(Thread.currentThread().getName());
   try {
    Thread.sleep(random.nextInt(10));
   } catch (InterruptedException e) {
    // 随机停⽌运⾏ 0-9 秒
    e.printStackTrace();
   }
  }
 }
}

3.创建线程

⽅法1 继承 Thread 类

继承 Thread 来创建⼀个线程类.

class MyThread extends Thread {
 @Override
 public void run() {
  System.out.println("这⾥是线程运⾏的代码");
 }
}

创建 MyThread 类的实例

MyThread t = new MyThread();

调⽤ start ⽅法启动线程

t.start();         // 线程开始运⾏

⽅法2 实现 Runnable 接⼝

实现 Runnable 接⼝

class MyRunnable implements Runnable {
 @Override
 public void run() {
 System.out.println("这⾥是线程运⾏的代码");
 }
}

创建 Thread 类实例, 调⽤ Thread 的构造⽅法时将 Runnable 对象作为 target 参数.

Thread t = new Thread(new MyRunnable());

调⽤ start ⽅法

t.start();     // 线程开始运⾏

对⽐上⾯两种⽅法:

继承 Thread 类, 直接使⽤ this 就表⽰当前线程对象的引⽤.
实现 Runnable 接⼝, this 表⽰的是 MyRunnable 的引⽤. 需要使⽤ Thread.currentThread()

方法3 匿名内部类创建 Thread ⼦类对象

// 使⽤匿名类创建 Thread ⼦类对象
 Thread t1 = new Thread() {
  @Override
  public void run() {
   System.out.println("使⽤匿名类创建 Thread ⼦类对象");
  }
 };

方法4 匿名内部类创建 Runnable ⼦类对象

// 使⽤匿名类创建 Runnable ⼦类对象
 Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
  @Override
  public void run() {
   System.out.println("使⽤匿名类创建 Runnable ⼦类对象");
  }
 });

方法5 lambda 表达式创建 Runnable ⼦类对象

// 使⽤ lambda 表达式创建 Runnable ⼦类对象
 Thread t3 = new Thread(() -> System.out.println("使⽤匿名类创建 Thread ⼦类对象"));
 Thread t4 = new Thread(() -> {
  System.out.println("使⽤匿名类创建 Thread ⼦类对象");
 });

4.多线程的优势-增加运⾏速度

可以观察多线程在⼀些场合下是可以提⾼程序的整体运⾏效率的。
• 使⽤ System.nanoTime() 可以记录当前系统的纳秒级时间戳.
• serial 串⾏的完成⼀系列运算. concurrency 使⽤两个线程并⾏的完成同样的运算.

public class ThreadAdvantage {
 // 多线程并不⼀定就能提⾼速度，可以观察，count 不同，实际的运⾏效果也是不同的
 private static final long count = 10_0000_0000;
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  // 使⽤并发⽅式
  concurrency();
  // 使⽤串⾏⽅式
  serial();
 }
 private static void concurrency() throws InterruptedException {
  long begin = System.nanoTime();

  // 利⽤⼀个线程计算 a 的值
  Thread thread = new Thread(new Runnable() {
   @Override
   public void run() {
    int a = 0;
    for (long i = 0; i < count; i++) {
     a--;
    }
   }
  });
  thread.start();
  // 主线程内计算 b 的值
  int b = 0;
  for (long i = 0; i < count; i++) {
   b--;
  }
  // 等待 thread 线程运⾏结束
  thread.join();

  // 统计耗时
  long end = System.nanoTime();
  double ms = (end - begin) * 1.0 / 1000 / 1000;
  System.out.printf("并发: %f 毫秒%n", ms);
 }
 private static void serial() {
  // 全部在主线程内计算 a、b 的值
  long begin = System.nanoTime();
  int a = 0;
  for (long i = 0; i < count; i++) {
   a--;
  }
  int b = 0;
  for (long i = 0; i < count; i++) {
   b--;
  }
  long end = System.nanoTime();
  double ms = (end - begin) * 1.0 / 1000 / 1000;
  System.out.printf("串⾏: %f 毫秒%n", ms);
 }
}