Java并发编程:线程的创建和运行

一、线程基础概念

1.1 什么是进程？

进程是代码在数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位 。简单来说，当我们在Java中启动main函数时，实际上就启动了一个JVM进程。

1.2 什么是线程？

线程是进程中的一个执行路径，线程本身不会独立存在。一个进程中至少有一个线程，进程中的多个线程共享进程的资源。

核心区别 ：操作系统分配资源时是把资源分配给进程的，但CPU资源比较特殊，它是分配给线程的。因为真正占用CPU运行的是线程，所以线程也被称为CPU分配的基本单位。

1.3 线程的私有与共享资源

资源类型	归属	说明
堆	线程共享	进程中最大的一块内存，存放`new`创建的对象实例
方法区	线程共享	存放JVM加载的类、常量及静态变量等信息
程序计数器	线程私有	记录线程当前要执行的指令地址
虚拟机栈	线程私有	存储线程的局部变量、调用栈帧

为什么程序计数器是线程私有的？

CPU采用时间片轮转方式让线程轮询占用。当线程的时间片用完后，需要让出CPU，程序计数器就是用来记录线程让出CPU时的执行地址，待下次分配到时间片时，线程可以从私有计数器指定的地址继续执行。

注意：执行native方法时，程序计数器记录的是undefined地址；只有执行Java代码时，程序计数器记录的才是下一条指令的地址。

1.4 线程的生命周期

线程从创建到销毁会经历以下状态：

新建（New）：线程对象被创建
就绪（Runnable） ：调用start()后，已获取除CPU外的所有资源
运行（Running）：获取CPU资源，正在执行
阻塞（Blocked）：等待某些资源或锁
终止（Terminated） ：run()方法执行完毕

二、线程的三种创建方式

方式一：继承Thread类

java 复制代码

public class ThreadTest {
    
    public static class MyThread extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("I am a child thread");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyThread thread = new MyThread();
        thread.start();  // 启动线程，注意不是调用run()
    }
}

使用细节：

创建Thread对象后，线程并未启动，直到调用start()方法
start()后线程处于就绪状态，等待CPU资源
run()方法执行完毕，线程进入终止状态

优点：

在run()方法内获取当前线程直接使用this即可，无需Thread.currentThread()

缺点：

Java不支持多继承，继承了Thread类就不能再继承其他类
任务与代码没有分离，多个线程执行相同任务时需要多份任务代码

方式二：实现Runnable接口

java 复制代码

public class ThreadTest1 {

    public static class RunableTask implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("I am a child thread");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        RunableTask task = new RunableTask();
        new Thread(task).start();
        new Thread(task).start();  // 多个线程共享同一个task
    }
}

优点：

解决单继承的限制，RunnableTask还可以继承其他类
任务与代码分离，多个线程可以共享同一个任务代码
可以通过给RunnableTask添加参数进行任务区分

缺点：

任务没有返回值

方式三：实现Callable接口 + FutureTask（有返回值）

java 复制代码

public class ThreadTest2 {

    public static class CallerTask implements Callable<String> {
        @Override
        public String call() throws Exception {
            Thread.sleep(5000);
            return "hello";
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 创建异步任务
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(new CallerTask());
        
        // 启动线程
        new Thread(futureTask).start();
        
        try {
            // 等待任务执行完毕，并返回结果（阻塞）
            String result = futureTask.get();
            System.out.println(result);
        } catch (ExecutionException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

特点：

实现Callable接口的call()方法
通过FutureTask包装任务，可获取返回值
futureTask.get()会阻塞等待任务执行完毕

三、三种方式对比总结

对比维度	继承Thread	实现Runnable	实现Callable
是否支持多继承	❌	✅	✅
任务与代码分离	❌	✅	✅
是否有返回值	❌	❌	✅
获取当前线程	直接使用`this`	`Thread.currentThread()`	`Thread.currentThread()`
适用场景	简单任务，不需要返回值	需要共享任务代码	需要获取执行结果

四、最佳实践建议

优先使用实现接口的方式 ：Runnable和Callable接口方式更加灵活，避免了单继承的限制
需要返回值时选择Callable ：如果线程执行后需要返回结果，使用FutureTask+Callable
多个线程共享任务代码 ：使用Runnable方式，多个线程可以共用一个任务实例
线程启动不要直接调用run() ：调用run()只是普通方法调用，不会启动新线程；必须调用start()才能启动新线程