Thread, Runable, Callable 还傻傻分不清？-技术圈

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转载自公众号：17coding技术博客

一、Thread 与 Runnable

1、创建线程的两种方法

在java中你怎么创建线程？相信你很快能够想到继承Thread类和实现Runnable接口这两种方式。

没错，java提供了这两种方式来创建新的线程。

网上也有各种文章介绍这两种方式创建线程的区别，但是我们这里要讲的是这两种方式的关联。

先分别看看这两种方式的代码：

1、继承Thread类，重写run方法

public class MyThread extends Thread {    
    
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("我是继承Thread类创建的线程哟");
    }    
    
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        myThread.start();
    }
}

2、实现Runnable接口，实现run方法

public class MyRunnable implements Runnable {    
    
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("我是实现Runnable接口创建的线程哟");
    }    
    
    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();        
        new Thread(myRunnable).start();
    }
}

通过上面的代码我们不难发现，第一种方式中，继承了Thread类的子类通过重写父类的run方法就可以实现线程的创建。

而第二种方式中实现Runnable接口的类的对象可以作为一个参数传递到创建的thread对象中。那么Runnable为何方神圣？跟Thread类之间又有哪些不为人知的秘密？

2、Thread与Runnable的关联

我们先看下Runnable的源码：

public interface Runnable {    
  public abstract void run();
}

What? Runnable接口这么简单？就一个run方法？

是的，你没有看错，Runnable接口就这么简单。如果没有Thread类，那么Runnable接口就是普通得不能再普通的一个接口了，我们在代码中实现这个接口，也做不了任何事情！但由于得到Thread类的“青睐”，这个接口就变得不一般了！

那么Runnable接口得到Thread类的青睐，具体表现在哪呢？我们不妨先看看Thread类的定义

public class Thread implements Runnable{}

原来Thread是Runnable的一个实现类！！！以程序人的第一直觉，那Thread自然应该实现了run方法，我们继续在源码中搜寻！

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

果不其然，Thread实现了run方法，并且有个判断，当target为null的时候什么也不做，否则执行target的run方法，target又是什么呢？

private Runnable target;

target也是一个Runnable对象，那这个私有的字段在哪里赋值的呢？我们继续寻找发现是在init方法里面进行赋值的，并且最终在构造函数中调用了init方法，我们看看构造函数的定义（Thread重载了多个构造函数）

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

这里我们能看到Thread的构造函数支持Runnable的参数，不知道到目前大家有没有捋清楚Thread与Runnable的关系，我们再总结一下：

1、Runnable原本平民，只是一个普通的接口。
2、Thread实现了Runnable接口，并且实现了接口的run方法。
3、Thread提供了重载的构造函数，接收Runnable类型的参数。在Thread重写的run方法中对调用了构造函数传入的Runnable实现类的run方法。

所以不管我们用哪种方式创建线程，都要实现或者重写run方法！并且这个run方法都是实现的Runnable接口中的方法。这个run方法就是我们自定义的需要在线程中处理的一些逻辑！那这个run方法在哪里调用的呢？直接调用run方法可以创建新的线程么？为什么我们在代码中都是调用的start方法去启动一个线程？start方法与run方法有什么关联？

好奇心的驱使，我再次打开了源码中的start方法一探究竟，发现这个方法中最主要的行为是调用了一个名为start0的方法。

public synchronized void start() {
  ……
  start0();
  ……
}

那start0又是什么呢？

private native void start0();

看到native关键字我们就应该知道，这个方法是JVM的方法，具体的实现需要查看C的代码！

3、start方法与run方法的关联

鉴于自己C语言很烂，且多年没有碰过了，但是又想弄清楚start方法与run方法的关联，于是在网上查找了相关的资料，下面做一下整理。

推荐阅读：多线程 start 和 run 方法的区别。

参考资料：

https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-processthread/

在Thread 类的顶部，有个native的registerNatives本地方法，该方法主要的作用就是注册一些本地方法供 Thread 类使用，如start0()，stop0() 等等，可以说，所有操作本地线程的本地方法都是由它注册的 . 这个方法放在一个static语句块中，这就表明，当该类被加载到JVM中的时候，它就会被调用，进而注册相应的本地方法。

private static native void registerNatives();    

  static {
    registerNatives();
  }
  
}

本地方法registerNatives是定义在Thread.c文件中的。T

hread.c是个很小的文件，定义了各个操作系统平台都要用到的关于线程的公用数据和操作

JNIEXPORT void JNICALL
    Java_Java_lang_Thread_registerNatives (JNIEnv *env, jclass cls){
      (*env)->RegisterNatives(env, cls, methods, ARRAY_LENGTH(methods));
    }
    
    static JNINativeMethod methods[] = {
       ……
{"start0", "()V",(void *)&JVM_StartThread},
       {"stop0", "(" OBJ ")V", (void *)&JVM_StopThread},
      ……
};

到此，可以容易的看出Java线程调用start的方法，实际上会调用到JVM_StartThread方法，那这个方法又是怎样的逻辑呢。实际上，我们需要的是（或者说 Java 表现行为）该方法最终要调用Java线程的run方法，事实的确如此。在jvm.cpp中，有如下代码段：

JVM_ENTRY(void, JVM_StartThread(JNIEnv* env, jobject jthread))
      ……
     native_thread = new JavaThread(&thread_entry, sz);
     ……

这里JVM_ENTRY是一个宏，用来定义JVM_StartThread 函数，可以看到函数内创建了真正的平台相关的本地线程，其线程函数是 thread_entry，代码如下所示。

static void thread_entry(JavaThread* thread, TRAPS) {
  HandleMark hm(THREAD);
   Handle obj(THREAD, thread->threadObj());
   JavaValue result(T_VOID);
   JavaCalls::call_virtual(&result,obj,
   KlassHandle(THREAD,SystemDictionary::Thread_klass()),
   vmSymbolHandles::run_method_name(),
   vmSymbolHandles::void_method_signature(),THREAD);
}

可以看到调用了vmSymbolHandles::run_method_name方法，这是在 vmSymbols.hpp用宏定义的：

class vmSymbolHandles: AllStatic {
  …         template(run_method_name,"run")
  …
}

至于run_method_name是如何声明定义的，因为涉及到很繁琐的代码细节，本文不做赘述。感兴趣的读者可以自行查看JVM的源代码。

综上所述，Java线程的创建调用过程如上图所示，首先 , Java线程的start方法会创建一个本地线程（通过调用JVM_StartThread），该线程的线程函数是定义在jvm.cpp中的thread_entry，由其再进一步调用run方法。

可以看到Java线程的run方法和普通方法其实没有本质区别，直接调用run方法不会报错，但是却是在当前线程执行，而不会创建一个新的线程。关注公众号Java技术栈在后台回复面试获取Java并发系列面试题及答案，我都整理好了。

二、FutureTask、Callable 与 Runnable

1、创建能获取结果的异步线程

上面我们了解了创建线程创建的两种方式，但是我们也能看到，通过runnable方式创建的线程无法获取返回值，如果我们需要异步执行某个操作，并且得到返回的结果，可能上面的两种创建线程的方式就不适用啦（也不是说不可以，比如通过共享变量等方式，但是使用起来会比较麻烦）！在java中提供一种比较方便的方式，那就是使用FutureTask类，我们先看看使用方式：

public class MyFutrueTask implements Callable {

    @Override
    public String call() throws Exception {
        System.out.println("我是Future模式的线程啦");

        return "Future模式的线程结束啦";
    }

    public static void main(String[] args) throws TimeoutException, ExecutionException, InterruptedException {
        FutureTask futureTask = new FutureTask(new MyFutrueTask());
        new Thread(futureTask).start();

        String result = futureTask.get(2000, TimeUnit.MILLISECONDS);

        System.out.println(result);
    }

}

主类实现了一个名为Callable的接口，并且实现了接口的call方法，具体的业务逻辑就在call方法中实现！实现Callable接口的类的对象可以作为一个参数传递到创建的FutureTask对象的构造函数中，而FutureTask类的对象又作为一个参数传递到Thread对象的构造函数中……

根据上面我们对Thread和Runnable的了解，能够作为参数传入到Thread构造函数的对象，一定是实现了Runnable接口的！那是不是说FutureTask对象就应该是一个Runnable的实现类呢？

2、FutureTask实现

我们先看看FutureTask类的定义

public class FutureTask implements RunnableFuture

FutureTask是一个泛型类，并且实现了RunnableFutrue泛型接口，我们继续跟进

public interface RunnableFuture extends Runnable, Future {   
    void run();
}

RunnableFutrue接口继承了Runnable接口，这也就是说FutureTask间接的实现了Runnable接口，FutureTask也是Runnable的一个实现类，那也就必须要实现run方法，还能够将实例对象传入Thread对象的构造后函数！RunnableFutrue接口还继承了另外的一个名为Futrue的泛型接口，我们看看该接口的定义

public interface Future {
   boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
   boolean isCancelled();
   boolean isDone();
   V get();
   V get(long timeout, TimeUnit unit);
}

根据这些方法的命名能够看出来，FutureTask实现了Future接口后，就应该拥有了取消线程、判断线程运行状态、获取结果等功能！

我们整体看一下FutureTask的类图：

FutureTask类中对这些接口的具体实现是怎么样的呢？我们可以到FutureTask类中一探究竟，先瞅瞅构造函数

public interface Future {
   boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
   boolean isCancelled();
   boolean isDone();
   V get();
   V get(long timeout, TimeUnit unit);
}

构造函数接收一个Callable类型的参数，Callable是一个泛型类型的接口，该接口只有一个名为call的方法。本来这也只是一个普通的接口，但由于收到FutrueTask的“青睐”，这个接口变得不一般了！

public interface Callable {    
  V call() throws Exception;
}

乍一看是不是觉得跟Runnable接口很像呢？但是Callable接口的call方法有返回值！Callable、Runnable、FutureTask之间是怎么关联起来的呢？我们上面有说了FutureTask是Runnable的一个实现类，那FutureTask是不是应该也实现了run方法呢？我们跟进一下代码：

public void run() {
    ......
    try {
        Callable c = callable;
        if (c != null && state == NEW) {
            V result;
            boolean ran;
            try {
                result = c.call();
                ran = true;
            } catch (Throwable ex) {
                ......
            }
            if (ran)
                set(result);
        }
    } finally {
        ......
    }
}

Run方法的实现也比较简单，上述代码只保留了需要关注的代码。

在run方法中调用了构造函数传入的Callable实现类的call方法，并且用result的变量接收方法的返回值，最后调用set方法将返回结果设置到类的属性，由于FutureTask实现了Future接口，所以也就有了获取返回值以及判断线程是否运行完成、取消的能力！

也就是说，我们自定义Callable实现类的call方法，最终会在FutureTask类（也就是Runnable）的run方法中执行！而Runnable中的run方法，最终又会在Thread类的run方法中执行。

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