JAVA多线程实现的三种方式及内部原理

JAVA多线程实现方式主要有三种：继承Thread类、实现Runnable接口、使用ExecutorService、Callable、Future实现有返回结果的多线程。其中前两种方式线程执行完后都没有返回值，只有最后一种是带返回值的。

1、继承Thread类实现多线程

继承Thread类的方法尽管被我列为一种多线程实现方式，但Thread本质上也是实现了Runnable接口的一个实例，它代表一个线程的实例，并且，启动线程的唯一方法就是通过Thread类的start()实例方法。start()方法是一个native方法，它将启动一个新线程，并执行run()方法。这种方式实现多线程很简单，通过自己的类直接extend Thread，并复写run()方法，就可以启动新线程并执行自己定义的run()方法。例如：

[java] view plaincopyprint?

public class MyThread extends Thread {  
　　public void run() {  
　　 System.out.println("MyThread.run()");  
　　}  
}  

<span style="font-size:14px;"><span style="font-size:14px;">public class MyThread extends Thread {
　　public void run() {
　　 System.out.println("MyThread.run()");
　　}
}</span></span>

在合适的地方启动线程如下：

[java] view plaincopyprint?

MyThread myThread1 = new MyThread();  
MyThread myThread2 = new MyThread();  
myThread1.start();  
myThread2.start();  

<span style="font-size:14px;"><span style="font-size:14px;">MyThread myThread1 = new MyThread();
MyThread myThread2 = new MyThread();
myThread1.start();
myThread2.start();</span></span>

2、实现Runnable接口方式实现多线程

如果自己的类已经extends另一个类，就无法直接extends Thread，此时，必须实现一个Runnable接口，如下：

[java] view plaincopyprint?

public class MyThread extends OtherClass implements Runnable {  
　　public void run() {  
　　 System.out.println("MyThread.run()");  
　　}  
}  

<span style="font-size:14px;"><span style="font-size:14px;">public class MyThread extends OtherClass implements Runnable {
　　public void run() {
　　 System.out.println("MyThread.run()");
　　}
}</span></span>

为了启动MyThread，需要首先实例化一个Thread，并传入自己的MyThread实例：

[java] view plaincopyprint?

MyThread myThread = new MyThread();  
Thread thread = new Thread(myThread);  
thread.start();  

<span style="font-size:14px;"><span style="font-size:14px;">MyThread myThread = new MyThread();
Thread thread = new Thread(myThread);
thread.start();</span></span>

事实上，当传入一个Runnable target参数给Thread后，Thread的run()方法就会调用target.run()，参考JDK源代码：

[java] view plaincopyprint?

public void run() {  
　　if (target != null) {  
　　 target.run();  
　　}  
}  

<span style="font-size:14px;"><span style="font-size:14px;">public void run() {
　　if (target != null) {
　　 target.run();
　　}
}</span></span>

3、使用ExecutorService、Callable、Future实现有返回结果的多线程

ExecutorService、Callable、Future这个对象实际上都是属于Executor框架中的功能类。想要详细了解Executor框架的可以访问http://www.javaeye.com/topic/366591 ，这里面对该框架做了很详细的解释。返回结果的线程是在JDK1.5中引入的新特征，确实很实用，有了这种特征我就不需要再为了得到返回值而大费周折了，而且即便实现了也可能漏洞百出。

可返回值的任务必须实现Callable接口，类似的，无返回值的任务必须Runnable接口。执行Callable任务后，可以获取一个Future的对象，在该对象上调用get就可以获取到Callable任务返回的Object了，再结合线程池接口ExecutorService就可以实现传说中有返回结果的多线程了。下面提供了一个完整的有返回结果的多线程测试例子，在JDK1.5下验证过没问题可以直接使用。代码如下：

[java] view plaincopyprint?

import java.util.concurrent.*;  
import java.util.Date;  
import java.util.List;  
import java.util.ArrayList;  
  
/** 
* 有返回值的线程 
*/  
@SuppressWarnings("unchecked")  
public class Test {  
public static void main(String[] args) throws ExecutionException,  
    InterruptedException {  
   System.out.println("----程序开始运行----");  
   Date date1 = new Date();  
  
   int taskSize = 5;  
   // 创建一个线程池  
   ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);  
   // 创建多个有返回值的任务  
   List<Future> list = new ArrayList<Future>();  
   for (int i = 0; i < taskSize; i++) {  
    Callable c = new MyCallable(i + " ");  
    // 执行任务并获取Future对象  
    Future f = pool.submit(c);  
    // System.out.println(">>>" + f.get().toString());  
    list.add(f);  
   }  
   // 关闭线程池  
   pool.shutdown();  
  
   // 获取所有并发任务的运行结果  
   for (Future f : list) {  
    // 从Future对象上获取任务的返回值，并输出到控制台  
    System.out.println(">>>" + f.get().toString());  
   }  
  
   Date date2 = new Date();  
   System.out.println("----程序结束运行----，程序运行时间【"  
     + (date2.getTime() - date1.getTime()) + "毫秒】");  
}  
}  
  
class MyCallable implements Callable<Object> {  
private String taskNum;  
  
MyCallable(String taskNum) {  
   this.taskNum = taskNum;  
}  
  
public Object call() throws Exception {  
   System.out.println(">>>" + taskNum + "任务启动");  
   Date dateTmp1 = new Date();  
   Thread.sleep(1000);  
   Date dateTmp2 = new Date();  
   long time = dateTmp2.getTime() - dateTmp1.getTime();  
   System.out.println(">>>" + taskNum + "任务终止");  
   return taskNum + "任务返回运行结果,当前任务时间【" + time + "毫秒】";  
}  
}  

<span style="font-size:14px;"><span style="font-size:14px;">import java.util.concurrent.*;
import java.util.Date;
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;

/**
* 有返回值的线程
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public class Test {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException,
InterruptedException {
System.out.println("----程序开始运行----");
Date date1 = new Date();

int taskSize = 5;
// 创建一个线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);
// 创建多个有返回值的任务
List<Future> list = new ArrayList<Future>();
for (int i = 0; i < taskSize; i++) {
Callable c = new MyCallable(i + " ");
// 执行任务并获取Future对象
Future f = pool.submit(c);
// System.out.println(">>>" + f.get().toString());
list.add(f);
}
// 关闭线程池
pool.shutdown();

// 获取所有并发任务的运行结果
for (Future f : list) {
// 从Future对象上获取任务的返回值，并输出到控制台
System.out.println(">>>" + f.get().toString());
}

Date date2 = new Date();
System.out.println("----程序结束运行----，程序运行时间【"
+ (date2.getTime() - date1.getTime()) + "毫秒】");
}
}

class MyCallable implements Callable<Object> {
private String taskNum;

MyCallable(String taskNum) {
this.taskNum = taskNum;
}

public Object call() throws Exception {
System.out.println(">>>" + taskNum + "任务启动");
Date dateTmp1 = new Date();
Thread.sleep(1000);
Date dateTmp2 = new Date();
long time = dateTmp2.getTime() - dateTmp1.getTime();
System.out.println(">>>" + taskNum + "任务终止");
return taskNum + "任务返回运行结果,当前任务时间【" + time + "毫秒】";
}
}</span></span>

代码说明：

上述代码中Executors类，提供了一系列工厂方法用于创先线程池，返回的线程池都实现了ExecutorService接口。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)

创建固定数目线程的线程池。

public static ExecutorService newCachedThreadPool()

创建一个可缓存的线程池，调用execute 将重用以前构造的线程（如果线程可用）。如果现有线程没有可用的，则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()

创建一个单线程化的Executor。

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)

创建一个支持定时及周期性的任务执行的线程池，多数情况下可用来替代Timer类。

ExecutoreService提供了submit()方法，传递一个Callable，或Runnable，返回Future。如果Executor后台线程池还没有完成Callable的计算，这调用返回Future对象的get()方法，会阻塞直到计算完成。

以上参考：http://www.cnblogs.com/yezhenhan/archive/2012/01/09/2317636.html

4、线程池的内部原理以及callable的内部实现原理，看下面调用栈及源码

4.1首先调用submit，就是在线程池中进行处理

Thread [main] (Suspended (breakpoint at line 895 in ThreadPoolExecutor)) 

 ThreadPoolExecutor.addWorker(Runnable, boolean) line: 895 

 ThreadPoolExecutor.execute(Runnable) line: 1360 

 ThreadPoolExecutor(AbstractExecutorService).submit(Callable<T>) line: 132 

 CallableTest.main(String[]) line: 26 

addWorker中创建了线程并最终调用了 t.start();

4.2这个时候创建了线程池中第一个线程执行任务

Thread [pool-1-thread-1] (Suspended (breakpoint at line 1124 in ThreadPoolExecutor)) 

 ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor$Worker) line: 1124 

 ThreadPoolExecutor$Worker.run() line: 615 

 Thread.run() line: 745 

4.3执行完任务后会将f.get中的唤醒并返回，其逻辑就在finishCompletion中

Thread [pool-1-thread-1] (Suspended (breakpoint at line 362 in FutureTask)) 

 FutureTask<V>.finishCompletion() line: 362 [local variables unavailable] 

 FutureTask<V>.set(V) line: 229 

 FutureTask<V>.run() line: 270 

 ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor$Worker) line: 1145 

 ThreadPoolExecutor$Worker.run() line: 615 

 Thread.run() line: 745 

5.至于线程的创建可以参考大神的Dalvik虚拟机进程和线程创建过程，JVM中略有不同但大题流程就是如此

就从start函数开始分析Dalvik虚拟机线程的创建过程，如图2所示：



图2 Dalvik虚拟机线程的创建过程

http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/8923484