大家都说Java有三种创建线程的方式!并发编程中的惊天骗局!

简介: 今天来聊一个比较有意思的话题,这是一道Java八股文中的八股文,简称八股文Plus!

引言

今天来聊一个比较有意思的话题,这是一道Java八股文中的八股文,简称八股文Plus

这个疑惑在很久之前便在我心中产生了,久远到什么程度呢?大概可以从盘古开天地开始算起,哈哈哈。

先来看看本次的主角,就是一个问题:“Java中有几种创建线程的方式?”

大家可以先试着回答一下,回答完之后再往下看。

一、浅谈Java线程的创建方式

回到前面的那个问题,如果是个普通Java程序员,应该会回答“三种”,分别为:

  • ①继承Thread类;
  • ②实现Runnable接口;
  • ③实现Callable接口。

如果是Pro版的Java程序员,应该会回答“四种”,分别为:

  • ①继承Thread类;
  • ②实现Runnable接口;
  • ③实现Callable接口;
  • ④使用ExecutorService线程池。

如果是Plus版的Java程序员,应该会回答“五种”,分别为:

  • ①继承Thread类;
  • ②实现Runnable接口;
  • ③实现Callable接口;
  • ④使用ExecutorService线程池;
  • ⑤使用CompletableFuture类。

如果是ProMax版的Java程序员,应该会回答“七种”,分别为:

  • ①继承Thread类;
  • ②实现Runnable接口;
  • ③实现Callable接口;
  • ④使用ExecutorService线程池;
  • ⑤使用CompletableFuture类;
  • ⑥基于ThreadGroup线程组;
  • ⑦使用FutureTask类。

如果是超级至尊版的Java程序员,可能还会回答“十种”,分别为:

  • ①继承Thread类;
  • ②实现Runnable接口;
  • ③实现Callable接口;
  • ④使用ExecutorService线程池;
  • ⑤使用CompletableFuture类;
  • ⑥基于ThreadGroup线程组;
  • ⑦使用FutureTask类;
  • ⑧使用匿名内部类或Lambda表达式;
  • ⑨使用Timer定时器类;
  • ⑩使用ForkJoin线程池或Stream并行流。

如果是……版的Java程序员,或许还会整出十二种、十三种……,但我就不继续往下罗列了,先简单将上述提到的十种方式,编写出相应的代码。

1.1、继承Thread类

这是最普通的方式,继承Thread类,重写run方法,如下:

public class ExtendsThread extends Thread {
   
   
    @Override
    public void run() {
   
   
        System.out.println("1......");
    }

    public static void main(String[] args) {
   
   
        new ExtendsThread().start();
    }
}

1.2、实现Runnable接口

这也是一种常见的方式,实现Runnable接口并重写run方法,如下:

public class ImplementsRunnable implements Runnable {
   
   
    @Override
    public void run() {
   
   
        System.out.println("2......");
    }

    public static void main(String[] args) {
   
   
        ImplementsRunnable runnable = new ImplementsRunnable();
        new Thread(runnable).start();
    }
}

想深入研究可以参考之前《Runnable分析》的文章。

1.3、实现Callable接口

和上一种方式类似,只不过这种方式可以拿到线程执行完的返回值,如下:

public class ImplementsCallable implements Callable<String> {
   
   
    @Override
    public String call() throws Exception {
   
   
        System.out.println("3......");
        return "zhuZi";
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
   
   
        ImplementsCallable callable = new ImplementsCallable();
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(callable);
        new Thread(futureTask).start();
        System.out.println(futureTask.get());
    }
}

想深入研究可以参考之前《Callable分析》的文章。

1.4、使用ExecutorService线程池

这种属于进阶方式,可以通过Executors创建线程池,也可以自定义线程池,如下:

public class UseExecutorService {
   
   
    public static void main(String[] args) {
   
   
        ExecutorService poolA = Executors.newFixedThreadPool(2);
        poolA.execute(()->{
   
   
            System.out.println("4A......");
        });
        poolA.shutdown();

        // 又或者自定义线程池
        ThreadPoolExecutor poolB = new ThreadPoolExecutor(2, 3, 0,
                TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3),
                Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        poolB.submit(()->{
   
   
            System.out.println("4B......");
        });
        poolB.shutdown();
    }
}

具体可以参考之前《剖析ThreadPoolExecutor线程池》的文章。

1.5、使用CompletableFuture类

CompletableFutureJDK1.8引入的新类,可以用来执行异步任务,如下:

public class UseCompletableFuture {
   
   
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
   
   
        CompletableFuture<String> cf = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
   
   
            System.out.println("5......");
            return "zhuZi";
        });
        // 需要阻塞,否则看不到结果
        Thread.sleep(1000);
    }
}

具体可以参考之前《详解CompletableFuture》的文章。

1.6、基于ThreadGroup线程组

Java线程可以分组,可以创建多条线程作为一个组,如下:

public class UseThreadGroup {
   
   
    public static void main(String[] args) {
   
   
        ThreadGroup group = new ThreadGroup("groupName");

        new Thread(group, ()->{
   
   
            System.out.println("6-T1......");
        }, "T1").start();

        new Thread(group, ()->{
   
   
            System.out.println("6-T2......");
        }, "T2").start();

        new Thread(group, ()->{
   
   
            System.out.println("6-T3......");
        }, "T3").start();
    }
}

1.7、使用FutureTask类

这个和之前实现Callable接口的方式差不多,只不过用匿名形式创建Callable,如下:

public class UseFutureTask {
   
   
    public static void main(String[] args) {
   
   
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(() -> {
   
   
            System.out.println("7......");
            return "zhuZi";
        });
        new Thread(futureTask).start();
    }
}

想深入研究可以参考之前《剖析FutureTask类》的文章。

1.8、使用匿名内部类或Lambda

这种方式属于硬扯,就是直接new前面所说的Runnable接口,或者通过Lambda表达式书写,如下:

public class UseAnonymousClass {
   
   
    public static void main(String[] args) {
   
   
        new Thread(new Runnable() {
   
   
            @Override
            public void run() {
   
   
                System.out.println("8A......");
            }
        }).start();

        new Thread(() -> 
                System.out.println("8B......")
        ).start();
    }
}

1.9、使用Timer定时器类

JDK1.3时,曾引入了一个Timer类,用来执行定时任务,如下:

public class UseTimer {
   
   
    public static void main(String[] args) {
   
   
        Timer timer = new Timer();

        timer.schedule(new TimerTask() {
   
   
            @Override
            public void run() {
   
   
                System.out.println("9......");
            }
        }, 0, 1000);
    }
}

里面需要传入两个数字,第一个代表启动后多久开始执行,第二个代表每间隔多久执行一次,单位是ms毫秒。

1.10、使用ForkJoin或Stream并行流

ForkJoinJDK1.7引入的新线程池,基于分治思想实现。而后续JDK1.8parallelStream并行流,默认就基于ForkJoin实现,如下:

public class UseForkJoinPool {
   
   
    public static void main(String[] args) {
   
   
        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool();
        forkJoinPool.execute(()->{
   
   
            System.out.println("10A......");
        });

        List<String> list = Arrays.asList("10B......");
        list.parallelStream().forEach(System.out::println);
    }
}

想要深入研究可以参考《全解ForkJoinPool》的上下两篇文章。

二、八股文中的惊天骗局

看完前面第一阶段,是不是说的头头是道?如果你也这样认为,恭喜你被带偏了!

不知道从何时起,Java并发编程的八股文,在“Java有几种创建线程的方式”这道题上,开始以“数量”为荣,写的越多,显得越专业,越牛X,大家去百度搜个关键词:

Java有几种方式创建线程?”

出现的答案,最少都有四种,那这真的对吗?可以说对,但严格意义上来说,又不对。

抛开后面一些先不谈,咱们就聊最开始的三种:“继承Thread类、实现Runnable接口、实现Callable接口”,这应该是广为人知的答案,不管是刚入行的小白,还是在业内深耕已久的老鸟,相信都背过这一道八股文。

那么此时来看个例子:

public class ImplementsRunnable implements Runnable {
   
   
    @Override
    public void run() {
   
   
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                + ":竹子爱熊猫");
    }
}

这里定义了一个类,实现了Runnable接口并重写了run方法,按前面的说法,这种方式是不是创建了一条线程?答案是Yes,可问题来了,请你告诉我,该如何启动这条所谓的“线程”呢?

public static void main(String[] args) {
   
   
    ImplementsRunnable runnable = new ImplementsRunnable();
    runnable.run();
}

难道像上面这样嘛?来看看运行结果:

main:竹子爱熊猫

结果很显然,打印出的线程名字为:main,代表目前是主线程在运行,和调用普通方法没任何区别,那究竟该如何创建一条线程呀?要这样做:

public static void main(String[] args) {
   
   
    ImplementsRunnable runnable = new ImplementsRunnable();
    new Thread(runnable).start();
}

newRunnable对象,接着再new一个Thread对象,然后把Runnable丢给Thread,接着调用start()方法,此时才能真正意义上创建一条线程,运行结果如下:

Thread-0:竹子爱熊猫

此时线程名字变成了Thread-0,这意味着输出“竹子爱熊猫”这句话的代码,并不是main线程在执行了,所以聊到这里,大家明白我想表达的含义了嘛?实现了Runnable接口的ImplementsRunnable类,并不能被称为一条线程,包括所谓的Callable、FutureTask……,都不能创建出真正的线程。

换到前面所提出的三种方式中,只有继承Thread类,才能真正创建一条线程,如下:

public class ExtendsThread extends Thread {
   
   
    @Override
    public void run() {
   
   
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                + ":竹子爱熊猫");
    }

    public static void main(String[] args) {
   
   
        new ExtendsThread().start();
    }
}

// 运行结果:
//      Thread-0:竹子爱熊猫

因为当你用一个类,继承Thread类时,它内部所有的方法,都会被继承过来,所以当前类可以直接调用start()方法启动,更具体点来说,Java中,创建线程的方式就只有一种:调用Thread.start()方法!只有这种形式,才能在真正意义上创建一条线程!

而例如ExecutorService线程池、ForkJoin线程池、CompletableFuture类、Timer定时器类、parallelStream并行流……,如果有去看过它们源码的小伙伴应该清楚,它们最终都依赖于Thread.start()方法创建线程。

好了,搞清楚这点之后,再回头来看Runnable、Callable,这俩既然不是创建线程的方式,那它们究竟是什么?这点咱们放到后面去讨论,先来聊聊“Java有三种创建线程的方式”,这个以讹传讹的八股文,到底是怎么来的呢?

究根结底,这个错误观念的源头,来自于《Java编程思想》(《Thinking In Java》)和《Java核心技术》(《Core Java》)这两本书。在《Core Java》这本书的第12、13章,专门对多线程编程进行了讲解,提到了四种创建线程的方式:

  • ①继承Thread类,并重写run()方法;
  • ②实现Runnable接口,并传递给Thread构造器;
  • ③实现Callable接口,创建有返回值的线程;
  • ④使用Executor框架创建线程池。

同样的内容,在《Thinking In Java》的第二十一章,也有重复提及到。于是,国内阅读过这两本书籍的人,在写文章、写面试题、写书籍、授课、录视频……时,把这个概念越传越泛,按照“三人成虎”原则,Java3、4种创建线程的方式,这个观念变成了事实,从此刻在了每个Java开发者的DNA里。

好了,搞清楚问题的缘由,咱们回到前面提出的问题,既然实现Runnable、Callable接口,不是创建线程的方式,那它们究竟是什么?准确来说,这是两种创建“线程体”的方式,包括继承Thread类重写run()方法也是。

三、线程与线程体的关系

前面可能提出了一个大家没接触过的新概念:线程体,这是个啥?来看看ChatGPT的解释:

001.png

看完这个回答,相信大家就能明白“线程体”是怎么一回事了,说简单点,线程是一个独立的执行单元,可以被操作系统调度;而线程体仅仅只是一个任务,就类似于一段普通的代码,需要线程作为载体才能运行,ChatGPT给出的总结特别对:线程是执行线程体的容器,线程体是一个可运行的任务

不过Java中创建线程体的方式,可以基于Runnable创建,也可以靠Callable创建带返回的、也可以通过Timer创建支持定时的……,但不管是哪种方式,到最后都是依赖于Runnable这个类实现的,如果大家有去研究过Callable的原理,大家就会发现:Callable实际上就是Runnable的封装体

到这里,搞清线程与线程体的关系后,相信大家就一定明白了我为何说:Java中创建线程只有Thread.start()这一种方式的原因了!而最开始给出的其他方式,要么是在封装Thread.start(),要么是在创建线程体,而这个所谓的线程体,更接地气的说,应该是“多线程任务”。

new Runnable(...);
new Callable(...);

这并不是在创建线程,而是创建了两个可以提供给线程执行的“多线程任务”。

不过还有个问题,任务和线程,到底是怎么产生绑定关系的呢?大家可以去看Thread类提供的构造器,应该会发现这个构造函数:

public Thread(Runnable target) {
   
   
    init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}

new``Thread对象并传入一个任务时,内部会调用init()方法,把传入的任务target传进去,同时还会给线程起个默认名字,即Thread-x,这个x会从0开始(线程名字也可以自定义)。

而当大家去尝试继续跟进init()方法时,会发现它在做一系列准备工作,如安全检测、设定名称、绑定线程组、设置守护线程……,当init()方法执行完成后,就可以调用Thread.start()方法启动线程啦。

启动线程时,最终会调用到start0()这个JNI方法,转而会去调用JVM的本地方法,即C/C++所编写的方法,源码我就不带着大家去跟了,感兴趣的可以去down一下OpenJDK的源码,或者去搜一下Thread.start()的实现原理,我这里就大致总结一下大体过程。

Thread在类加载阶段,就会通过静态代码块去绑定Thread类方法与JVM本地方法的关系:

private static native void registerNatives();
static {
   
   
    registerNatives();
}

执行完这个registerNatives()本地方法后,Java的线程方法,就和JVM方法绑定了,如start0()这个方法,会对应着JVM_StartThread()这个C++函数等(具体代码位于openjdk\jdk\src\share\native\java\lang\Thread.c这个文件)。

②当调用Thread.start()方法后,会先调用Java中定义的start0(),接着会找到与之绑定的JVM_StartThread()这个JVM函数执行(具体实现位于openjdk\hotspot\src\share\vm\prims\jvm.cpp这个文件)。

JVM_StartThread()函数最终会调用os::create_thread(...)这个函数,这个函数依旧是JVM函数,毕竟Java要实现跨平台特性,而不同操作系统创建线程的内核函数,也有所差异,如Linux操作系统中,创建线程最终会调用到pthread_create(...)这个内核函数。

④创建出一条内核线程后,接着会去执行Thread::start(...)函数,接着会去执行os::start_thread(thread)这个函数,这一步的作用,主要是让Java线程,和内核线程产生映射关系,也会在这一步,把Runnable线程体,顺势传递给OS的内核线程(具体实现位于openjdk\hotspot\src\share\vm\runtime\Thread.cpp这个文件)。

⑤当Java线程与内核线程产生映射后,接着就会执行载入的线程体(线程任务),也就是Java程序员所编写的那个run()方法。

四、总结

看到这里,这篇文章也就结束了,相较于以往的文章,篇幅方面略显短小,本文重在纠正大家的错误观念,讲述一种学习思维:看任何东西请保持质疑,不要无条件信任别人的说法,要锻炼自己的深度思考能力,而不是听风就是雨!学习时请记住这个原则,这才能让你真正发生质的成长。

最后,如果以后你的面试中,被问到“Java有几种创建线程的方式”这个问题时,也希望按照本文所说,在面试中聊出与别人不一样的看法,例如:

Java创建线程有很多种方式啊,像实现Runnable、Callable接口、继承Thread类、创建线程池等等,不过这些方式并没有真正创建出线程,严格来说,Java就只有一种方式可以创建线程,那就是通过new Thread().start()创建。\
而所谓的Runnable、Callable……对象,这仅仅只是线程体,也就是提供给线程执行的任务,并不属于真正的Java线程,它们的执行,最终还是需要依赖于new Thread()……

大家换位思考一下,面试官问别人时,答案都是千篇一律的那三种、四种、五种……,而你能聊出这样的看法,是不是特别能让他眼前一亮?因此面试的差异化就来了,别人都是八股文选手,而你拥有着自己的理解,这自然能让对方给你打上更高的评分,和别人竞争Offer时,那不就是手到拈来嘛~

最后的最后,如果看完本文对你有所启发,记得点赞、关注、收藏支持一下,如果平时想更方便看技术文章的小伙伴,也欢迎关注我的同名公众号:竹子爱熊猫

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