【Java面试经典】说说线程的创建方式

元寻
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在 Java 中，从最底层的机制来讲，真正创建并启动一个新线程的操作是通过new Thread。当调用Thread类的start方法时，JVM 会为这个线程分配资源，包括栈空间等，并开始执行线程的逻辑。例如，Thread类内部会和操作系统的线程机制进行交互，来实现真正的线程创建和调度。

我们常说的实现Runnable和Callable接口本身并没有直接创建线程的功能。它们主要是定义了线程要执行的任务内容。Runnable接口的run方法和Callable接口的call方法包含了线程执行的逻辑。可以把它们看作是一种任务规范，用于告诉线程 “你要做什么”，而不是 “如何创建你”。

我们来详细说一下其异同

一、从线程创建本质和不同方式分析

（一）继承Thread类

  • 原理：Thread类是 Java 用于创建和控制线程的基础类。通过继承Thread类并重写run方法，就定义了线程的执行逻辑。当调用线程对象的start方法时，JVM 会为这个线程分配资源，如栈空间等，并且自动调用run方法，从而新线程开始执行定义好的逻辑。例如：
class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程执行的逻辑，例如打印当前线程名称：" + Thread.currentThread().getName());
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        myThread.start();
    }
}

  • 优缺点：

    • 优点：这种方式简单直观，对于简单的线程逻辑比较容易理解和实现。
    • 缺点：由于 Java 是单继承语言，若一个类已经继承了其他类，就无法再继承Thread类来创建线程。而且对于多个线程有相同逻辑的情况，代码复用性较差。

（二）实现Runnable接口

  • 原理：Runnable接口定义了一个无返回值的run方法。实现这个接口，就能将线程执行逻辑封装在run方法中。然后把实现Runnable接口的类的实例作为参数传递给Thread类的构造函数来创建Thread对象，再调用start方法启动线程。这样，线程启动后会执行Runnable接口实现类中的run方法。例如：
class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程执行的逻辑，例如打印当前线程名称：" + Thread.currentThread().getName());
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
        Thread thread = new Thread(myRunnable);
        thread.start();
    }
}

  • 与new Thread的关系及观点解释：从最底层的线程创建本质来说，Runnable接口本身没有直接创建线程的功能。虽然是一种创建线程的方式，但实际上还是依赖new Thread来启动线程。它主要是作为任务抽象，定义了线程要执行的任务内容，即run方法包含了任务逻辑，告诉线程要做什么，而不是如何创建线程。

  • 优缺点：

    • 优点：实现接口的方式避免了单继承的限制，代码复用性更好。可以让多个线程共享同一个Runnable实现类的实例，方便对线程逻辑进行统一管理。
    • 缺点：如果需要获取线程执行的结果，这种方式不太方便，因为run方法没有返回值。

（三）实现Callable接口（结合Future和FutureTask）

  • 原理：Callable接口定义了一个有返回值的call方法。实现Callable接口后，在call方法中定义线程执行逻辑并返回结果。接着将Callable实现类的实例包装到FutureTask对象中（FutureTask实现了RunnableFuture接口，而RunnableFuture继承了Runnable和Future接口），再将FutureTask对象作为参数传递给Thread类的构造函数来启动线程。通过Future接口的方法可以获取线程执行的结果。例如：
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
class MyCallable implements Callable<String> {
    @Override
    public String call() {
        return "线程执行的结果，例如返回一个字符串";
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MyCallable myCallable = new MyCallable();
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(myCallable);
        Thread thread = new Thread(futureTask);
        thread.start();
        try {
            System.out.println("获取线程执行的结果：" + futureTask.get());
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

  • 与new Thread的关系及观点解释：和Runnable类似，Callable接口本身也没有直接创建线程的能力。它同样是作为任务定义的一种方式，需要借助FutureTask包装并通过new Thread来启动线程，重点在于定义任务的返回值逻辑。

  • 优缺点：

    • 优点：可以获取线程执行后的返回值，对于需要返回结果的线程任务非常有用。例如在分布式计算、异步任务处理等场景中，可以方便地获取计算结果。
    • 缺点：代码相对复杂一些，需要处理Future接口相关的操作，如get方法可能会抛出InterruptedException和ExecutionException异常，需要进行适当的异常处理。

（四）使用线程池（Executor框架）创建线程

  • 原理：Executor框架提供了一种方便的方式来管理和复用线程。它包括Executor接口、ExecutorService接口（Executor的子接口）、ThreadPoolExecutor类（实现ExecutorService接口）等。通过创建线程池对象（如ThreadPoolExecutor），可以向线程池提交任务（Runnable或Callable实现类）。线程池会根据配置（如核心线程数、最大线程数、队列容量等）来管理线程的创建、复用和销毁。例如，使用Executors工具类创建简单的线程池：
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程执行的逻辑，例如打印当前线程名称：" + Thread.currentThread().getName());
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
            executorService.submit(myRunnable);
        }
        executorService.shutdown();
    }
}

  • 与new Thread的关系及观点解释：在使用线程池时，虽然从表面上看没有直接使用new Thread，但线程池内部实际上还是基于new Thread的原理来创建和管理线程。线程池是一种更高级的抽象，它在后台根据任务需求和配置来合理地创建、复用线程，而提交给线程池的Runnable或Callable任务依然是定义了线程要执行的内容。

  • 优缺点：

    • 优点：可以有效地管理线程资源，避免频繁地创建和销毁线程带来的性能开销。能够根据任务的数量和系统资源合理配置线程池的参数，提高系统的并发处理能力。对于大量的线程任务，线程池能够更好地进行资源分配和任务调度。

    • 缺点：需要对线程池的参数（如核心线程数、最大线程数、队列容量等）进行合理配置，否则可能会出现资源浪费或者任务队列溢出等问题。同时，线程池的使用相对复杂一些，需要正确地处理线程池的生命周期（如启动、关闭）和任务提交、执行的相关操作。

从设计模式和职责分离角度看，这种设计符合职责分离原则。Thread类主要负责线程的创建、启动、暂停、恢复等操作，这些操作和操作系统线程管理相关，是底层的机制。而Runnable和Callable接口则专注于任务的定义，将任务内容从线程的创建和管理中分离出来，使代码更加清晰，便于维护和扩展。这种方式也体现了策略模式的思想，Runnable和Callable可以看作是不同的任务策略，Thread类则是执行这些策略的上下文，通过这种方式可以在运行时灵活地选择不同任务策略来执行，而无需修改线程的创建和启动机制。

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