Java并發(fā)編程之創(chuàng)建線程
先講述一下Java中的應(yīng)用程序和進程相關(guān)的概念知識，然后再闡述如何創(chuàng)建線程以及如何創(chuàng)建進程。下面是本文的目錄大綱：
一.Java中關(guān)于應(yīng)用程序和進程相關(guān)的概念
二.Java中如何創(chuàng)建線程
三.Java中如何創(chuàng)建進程
一.Java中關(guān)于應(yīng)用程序和進程相關(guān)的概念
在Java中，一個應(yīng)用程序?qū)?yīng)著一個JVM實例（也有地方稱為JVM進程），一般來說名字默認為java.exe或者javaw.exe（windows下可以通過任務(wù)管理器查看）。Java采用的是單線程編程模型，即在我們自己的程序中如果沒有主動創(chuàng)建線程的話，只會創(chuàng)建一個線程，通常稱為主線程。但是要注意，雖然只有一個線程來執(zhí)行任務(wù)，不代表JVM中只有一個線程，JVM實例在創(chuàng)建的時候，同時會創(chuàng)建很多其他的線程（比如垃圾收集器線程）。
由于Java采用的是單線程編程模型，因此在進行UI編程時要注意將耗時的操作放在子線程中進行，以避免阻塞主線程（在UI編程時，主線程即UI線程，用來處理用戶的交互事件）。
二.Java中如何創(chuàng)建線程
在java中如果要創(chuàng)建線程的話，一般有兩種方式：1）繼承Thread類；2）實現(xiàn)Runnable接口。
1.繼承Thread類
繼承Thread類的話，必須重寫run方法，在run方法中定義需要執(zhí)行的任務(wù)。
class MyThread extends Thread{
private static int num = 0;
public MyThread(){
num++;
}
@Override
public void run() {
System.out.println("主動創(chuàng)建的第"+num+"個線程");
}
}
創(chuàng)建好了自己的線程類之后，就可以創(chuàng)建線程對象了，然后通過start()方法去啟動線程。注意，不是調(diào)用run()方法啟動線程，run方法中只是定義需要執(zhí)行的任務(wù)，如果調(diào)用run方法，即相當于在主線程中執(zhí)行run方法，跟普通的方法調(diào)用沒有任何區(qū)別，此時并不會創(chuàng)建一個新的線程來執(zhí)行定義的任務(wù)。
public class Test {
public static void main(String[] args) {
MyThread thread = new MyThread();
thread.start();
}
}
class MyThread extends Thread{
private static int num = 0;
public MyThread(){
num++;
}
@Override
public void run() {
System.out.println("主動創(chuàng)建的第"+num+"個線程");
}
}
在上面代碼中，通過調(diào)用start()方法，就會創(chuàng)建一個新的線程了。為了分清start()方法調(diào)用和run()方法調(diào)用的區(qū)別，請看下面一個例子：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("主線程ID:"+Thread.currentThread().getId());
MyThread thread1 = new MyThread("thread1");
thread1.start();
MyThread thread2 = new MyThread("thread2");
thread2.run();
}
}
class MyThread extends Thread{
private String name;
public MyThread(String name){
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
System.out.println("name:"+name+" 子線程ID:"+Thread.currentThread().getId());
}
}
運行結(jié)果：
從輸出結(jié)果可以得出以下結(jié)論：
1）thread1和thread2的線程ID不同，thread2和主線程ID相同，說明通過run方法調(diào)用并不會創(chuàng)建新的線程，而是在主線程中直接運行run方法，跟普通的方法調(diào)用沒有任何區(qū)別；
2）雖然thread1的start方法調(diào)用在thread2的run方法前面調(diào)用，但是先輸出的是thread2的run方法調(diào)用的相關(guān)信息，說明新線程創(chuàng)建的過程不會阻塞主線程的后續(xù)執(zhí)行。
2.實現(xiàn)Runnable接口
在Java中創(chuàng)建線程除了繼承Thread類之外，還可以通過實現(xiàn)Runnable接口來實現(xiàn)類似的功能。實現(xiàn)Runnable接口必須重寫其run方法。
下面是一個例子：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("主線程ID："+Thread.currentThread().getId());
MyRunnable runnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();
}
}
class MyRunnable implements Runnable{
public MyRunnable() {
}
@Override
public void run() {
System.out.println("子線程ID："+Thread.currentThread().getId());
}
}
Runnable的中文意思是“任務(wù)”，顧名思義，通過實現(xiàn)Runnable接口，我們定義了一個子任務(wù)，然后將子任務(wù)交由Thread去執(zhí)行。注意，這種方式必須將Runnable作為Thread類的參數(shù)，然后通過Thread的start方法來創(chuàng)建一個新線程來執(zhí)行該子任務(wù)。如果調(diào)用Runnable的run方法的話，是不會創(chuàng)建新線程的，這根普通的方法調(diào)用沒有任何區(qū)別。
事實上，查看Thread類的實現(xiàn)源代碼會發(fā)現(xiàn)Thread類是實現(xiàn)了Runnable接口的。
在Java中，這2種方式都可以用來創(chuàng)建線程去執(zhí)行子任務(wù)，具體選擇哪一種方式要看自己的需求。直接繼承Thread類的話，可能比實現(xiàn)Runnable接口看起來更加簡潔，但是由于Java只允許單繼承，所以如果自定義類需要繼承其他類，則只能選擇實現(xiàn)Runnable接口。
三.Java中如何創(chuàng)建進程
在Java中，可以通過兩種方式來創(chuàng)建進程，總共涉及到5個主要的類。
第一種方式是通過Runtime.exec()方法來創(chuàng)建一個進程，第二種方法是通過ProcessBuilder的start方法來創(chuàng)建進程。下面就來講一講這2種方式的區(qū)別和聯(lián)系。
首先要講的是Process類，Process類是一個抽象類，在它里面主要有幾個抽象的方法，這個可以通過查看Process類的源代碼得知：
位于java.lang.Process路徑下：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("主線程ID："+Thread.currentThread().getId());
MyRunnable runnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();
}
}
class MyRunnable implements Runnable{
public MyRunnable() {
}
@Override
public void run() {
System.out.println("子線程ID："+Thread.currentThread().getId());
}
}
1）通過ProcessBuilder創(chuàng)建進程
ProcessBuilder是一個final類，它有兩個構(gòu)造器：
public final class ProcessBuilder
{
private List<String> command;
private File directory;
private Map<String,String> environment;
private boolean redirectErrorStream;
public ProcessBuilder(List<String> command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
this.command = command;
}
public ProcessBuilder(String... command) {
this.command = new ArrayList<String>(command.length);
for (String arg : command)
this.command.add(arg);
}
....
}
構(gòu)造器中傳遞的是需要創(chuàng)建的進程的命令參數(shù)，第一個構(gòu)造器是將命令參數(shù)放進List當中傳進去，第二構(gòu)造器是以不定長字符串的形式傳進去。
那么我們接著往下看，前面提到是通過ProcessBuilder的start方法來創(chuàng)建一個新進程的，我們看一下start方法中具體做了哪些事情。下面是start方法的具體實現(xiàn)源代碼：
public Process start() throws IOException {
// Must convert to array first -- a malicious user-supplied
// list might try to circumvent the security check.
String[] cmdarray = command.toArray(new String[command.size()]);
for (String arg : cmdarray)
if (arg == null)
throw new NullPointerException();
// Throws IndexOutOfBoundsException if command is empty
String prog = cmdarray[0];
SecurityManager security = System.getSecurityManager();
if (security != null)
security.checkExec(prog);
String dir = directory == null ? null : directory.toString();
try {
return ProcessImpl.start(cmdarray,
environment,
dir,
redirectErrorStream);
} catch (IOException e) {
// It's much easier for us to create a high-quality error
// message than the low-level C code which found the problem.
throw new IOException(
"Cannot run program \"" + prog + "\""
+ (dir == null ? "" : " (in directory \"" + dir + "\")")
+ ": " + e.getMessage(),
e);
}
}
該方法返回一個Process對象，該方法的前面部分相當于是根據(jù)命令參數(shù)以及設(shè)置的工作目錄進行一些參數(shù)設(shè)定，最重要的是try語句塊里面的一句：
return ProcessImpl.start(cmdarray, environment, dir, redirectErrorStream);
說明真正創(chuàng)建進程的是這一句，注意調(diào)用的是ProcessImpl類的start方法，此處可以知道start必然是一個靜態(tài)方法。那么ProcessImpl又是什么類呢？該類同樣位于java.lang.ProcessImpl路徑下，看一下該類的具體實現(xiàn)：
ProcessImpl也是一個final類，它繼承了Process類：
final class ProcessImpl extends Process {
// System-dependent portion of ProcessBuilder.start()
static Process start(String cmdarray[],
java.util.Map<String,String> environment,
String dir,
boolean redirectErrorStream)
throws IOException
{
String envblock = ProcessEnvironment.toEnvironmentBlock(environment);
return new ProcessImpl(cmdarray, envblock, dir, redirectErrorStream);
}
....
}
這是ProcessImpl類的start方法的具體實現(xiàn)，而事實上start方法中是通過這句來創(chuàng)建一個ProcessImpl對象的：
return new ProcessImpl(cmdarray, envblock, dir, redirectErrorStream);
而在ProcessImpl中對Process類中的幾個抽象方法進行了具體實現(xiàn)。
說明事實上通過ProcessBuilder的start方法創(chuàng)建的是一個ProcessImpl對象。
下面看一下具體使用ProcessBuilder創(chuàng)建進程的例子，比如我要通過ProcessBuilder來啟動一個進程打開cmd，并獲取ip地址信息，那么可以這么寫：
public class Test {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ProcessBuilder pb = new ProcessBuilder("cmd","/c","ipconfig/all");
Process process = pb.start();
Scanner scanner = new Scanner(process.getInputStream());
while(scanner.hasNextLine()){
System.out.println(scanner.nextLine());
}
scanner.close();
}
}
第一步是最關(guān)鍵的，就是將命令字符串傳給ProcessBuilder的構(gòu)造器，一般來說，是把字符串中的每個獨立的命令作為一個單獨的參數(shù)，不過也可以按照順序放入List中傳進去。
至于其他很多具體的用法不在此進行贅述，比如通過ProcessBuilder的environment方法和directory(File directory)設(shè)置進程的環(huán)境變量以及工作目錄等，感興趣的朋友可以查看相關(guān)API文檔。
2）通過Runtime的exec方法來創(chuàng)建進程
首先還是來看一下Runtime類和exec方法的具體實現(xiàn)，Runtime，顧名思義，即運行時，表示當前進程所在的虛擬機實例。
由于任何進程只會運行于一個虛擬機實例當中，所以在Runtime中采用了單例模式，即只會產(chǎn)生一個虛擬機實例：
public class Runtime {
private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
/**
* Returns the runtime object associated with the current Java application.
* Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance
* methods and must be invoked with respect to the current runtime object.
*
* @return the <code>Runtime</code> object associated with the current
* Java application.
*/
public static Runtime getRuntime() {
return currentRuntime;
}
/** Don't let anyone else instantiate this class */
private Runtime() {}
...
}
從這里可以看出，由于Runtime類的構(gòu)造器是private的，所以只有通過getRuntime去獲取Runtime的實例。接下來著重看一下exec方法 實現(xiàn)，在Runtime中有多個exec的不同重載實現(xiàn)，但真正最后執(zhí)行的是這個版本的exec方法：
public Process exec(String[] cmdarray, String[] envp, File dir)
throws IOException {
return new ProcessBuilder(cmdarray)
.environment(envp)
.directory(dir)
.start();
}
可以發(fā)現(xiàn)，事實上通過Runtime類的exec創(chuàng)建進程的話，最終還是通過ProcessBuilder類的start方法來創(chuàng)建的。
下面看一個例子，看一下通過Runtime的exec如何創(chuàng)建進程，還是前面的例子，調(diào)用cmd，獲取ip地址信息：
public class Test {
public static void main(String[] args) throws IOException {
String cmd = "cmd "+"/c "+"ipconfig/all";
Process process = Runtime.getRuntime().exec(cmd);
Scanner scanner = new Scanner(process.getInputStream());
while(scanner.hasNextLine()){
System.out.println(scanner.nextLine());
}
scanner.close();
}
}
要注意的是，exec方法不支持不定長參數(shù)（ProcessBuilder是支持不定長參數(shù)的），所以必須先把命令參數(shù)拼接好再傳進去。
關(guān)于在Java中如何創(chuàng)建線程和進程的話，暫時就講這么多了，感興趣的朋友可以參考相關(guān)資料。
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