Sunwc's Blog

有關創建多執行緒 (Multi-threading) 的方式 - 繼承 Thread 類，可以參考我的另一篇文章 Java - Thread 執行緒(一)

除了上述說的方式創建新的執行緒；

在實際應用面，以透過實現 interface Runnable 來做是更好的方式，詳細的說明如下：

新執行緒的創建 (Multi-threading) - 實現 interface Runnable 之步驟

1.創建一個實現了 interface Runnable 的類別

2.實現類去實現 Runnable 的抽象方法： run()

3.創建實現類的物件

4.將此物件作為參數傳遞到 Thread 類的建構子(constructor)中

5.通過 Thread 類的物件調用 start()

[ 註 ] 以下的例子為非thread-safety，還必須優化；本文最後會介紹兩種優化方法

例子

/**
 * 售票窗口類
 */
class Window implements Runnable {
    
    private int ticketAmount = 20;

    @Override
    public void run() {

        while (true) {

            if (ticketAmount > 0) {

                // 進行賣票操作
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : 售出票號 - " + ticketAmount);
                ticketAmount--;
            } else {
                break;
            }
        }
    }
}




/**
 * 測試類
 * @author sunwc
 * @create 2023-03-23 下午 03:01
 */
public class ImplementsRunnableTest {

    public static void main(String[] args) {

        Window window = new Window();

        Thread t1 = new Thread(window);
        t1.setName("Window 1");
        Thread t2 = new Thread(window);
        t2.setName("Window 2");
        Thread t3 = new Thread(window);
        t3.setName("Window 3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

演示執行緒不安全輸出結果：

Window 1 : 售出票號 - 20
Window 2 : 售出票號 - 20
Window 3 : 售出票號 - 20
Window 2 : 售出票號 - 18
Window 2 : 售出票號 - 16
Window 1 : 售出票號 - 19
Window 2 : 售出票號 - 15
Window 3 : 售出票號 - 17
Window 2 : 售出票號 - 13
Window 2 : 售出票號 - 11
Window 2 : 售出票號 - 10
Window 2 : 售出票號 - 9
Window 2 : 售出票號 - 8
Window 2 : 售出票號 - 7
Window 2 : 售出票號 - 6
Window 2 : 售出票號 - 5
Window 2 : 售出票號 - 4
Window 2 : 售出票號 - 3
Window 2 : 售出票號 - 2
Window 2 : 售出票號 - 1
Window 1 : 售出票號 - 14
Window 3 : 售出票號 - 12

創建新執行緒：繼承 Thread 類 vs. 實現 interface Runnable

開發中會優先選擇實現 interface Runnable 方式

原因：

實現的方式沒有 類別單一繼承的侷限性
實現的方式更適合來處理 Multi-threading 有共享資料的情況

其實原生的 Thread 類別也是 interface Runnable 的實現類，所以不管是子類繼承 Thread 類或實現類實現 interface Runnable ，相同點是： 需要 Override run()，將執行緒要執行的邏輯寫在 run() 中

上面的售票的`執行緒安全問題`，問題點解釋：

售票過程中，出現了重複售出同一個票號的票、超賣的情況
原因：當某個執行緒操作車票的過程中，尚未操作完成時，其它的執行緒就參與進來

如何解決執行緒安全問題：

當一個執行緒A在操作ticket的時候，其它執行緒不能參與進來。直到執行緒A操作完ticket時，其它執行緒才可以開始操作ticket。這種情況即使執行A被阻塞了，其它執行緒也一定要等待

現實例子：

當某A在使用唯一一間廁所時，某B即使肚子痛要使用，也要等某A使用完才可以進入。因為某A鎖門了，某B只好等了

在Java中，我們通過同步機制，來解決執行緒安全的問題

優化方式一、同步程式區塊

synchronized(同步鎖) {
    // 需要被同步的程式
}

說明：

將共享資料的程式用synchronized(同步鎖){}包起來，當一個thread先進入這層，其它thread要先在這層外面等
共享資料：指的是Multi-threading中共同操作的一個變數，以例子來說 ticketAmount 就是共享的資料
什麼是同步鎖？

任何一個類別的物件都可以充當鎖，但是Multi-threading 中的每個 thread 進入這層時都必須使用同一把鎖
侷限性：在同步程式區塊內，只能有一個執行緒參與，其它執行緒等待。區塊內相當於是一個單執行緒的過程，效率會比較低

例子

優化後(一)的售票窗口類：

/**
* 售票窗口類
*/
class Window implements Runnable {

    private int ticketAmount = 20;


    @Override
    public void run() {

        while(true) {

            // 同步程式區塊 - Window.class(當前類別)充當唯一一把鎖
            // 因為類別只會加載一次，當作唯一鎖相對安全
            // 用this的話要看這個類別在主執行緒(main方法)中new了幾個物件
            // 若只有一個就可以用this當唯一鎖 
            synchronized (Window.class) { // 或 synchronized (this)

                if (ticketAmount > 0) {

                    // 執行緒阻塞，提高執行緒不安全機率
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    // 進行賣票操作
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : 售出票號 - " + ticketAmount);
                    ticketAmount--;
                } else {
                    break;
                }
            }

        }
    }
}

解決執行緒不安全輸出結果：

Window 1 : 售出票號 - 20
Window 1 : 售出票號 - 19
Window 1 : 售出票號 - 18
Window 1 : 售出票號 - 17
Window 1 : 售出票號 - 16
Window 1 : 售出票號 - 15
Window 1 : 售出票號 - 14
Window 3 : 售出票號 - 13
Window 2 : 售出票號 - 12
Window 2 : 售出票號 - 11
Window 2 : 售出票號 - 10
Window 2 : 售出票號 - 9
Window 2 : 售出票號 - 8
Window 2 : 售出票號 - 7
Window 2 : 售出票號 - 6
Window 3 : 售出票號 - 5
Window 3 : 售出票號 - 4
Window 1 : 售出票號 - 3
Window 1 : 售出票號 - 2
Window 1 : 售出票號 - 1

優化方式二、同步方法

若使用到共享資料的程式完整的寫在一個方法中，我們不妨將此方法宣告成同步的

同步方法仍然涉及到同步鎖，只是不需要我們顯示的宣告
同步鎖：

非靜態的同步方法：this (當前物件本身)

靜態的同步方法：當前類別本身

例子

優化後(二)的售票窗口類：

/**
 * 售票窗口類
 */
class Window implements Runnable {

    private static int ticketAmount = 20;


    @Override
    public void run() {

        while (ticketAmount > 0) {

            // 售票
            sellTicket();
        }
    }

//    private synchronized void sellTicket() {// 默認使用this當作鎖
    private static synchronized void sellTicket() { // 默認使用Window.class當鎖

        if (ticketAmount > 0) {

            // 執行緒阻塞，提高執行緒不安全機率
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            // 進行賣票操作
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : 售出票號 - " + ticketAmount);
            ticketAmount--;
        }
    }

}

解決執行緒不安全輸出結果：

Window 1 : 售出票號 - 20
Window 1 : 售出票號 - 19
Window 1 : 售出票號 - 18
Window 3 : 售出票號 - 17
Window 3 : 售出票號 - 16
Window 3 : 售出票號 - 15
Window 3 : 售出票號 - 14
Window 3 : 售出票號 - 13
Window 3 : 售出票號 - 12
Window 3 : 售出票號 - 11
Window 3 : 售出票號 - 10
Window 3 : 售出票號 - 9
Window 3 : 售出票號 - 8
Window 3 : 售出票號 - 7
Window 2 : 售出票號 - 6
Window 2 : 售出票號 - 5
Window 2 : 售出票號 - 4
Window 2 : 售出票號 - 3
Window 2 : 售出票號 - 2
Window 2 : 售出票號 - 1

總結

本文幫助了解如何

1.透過實現類 implements interface Runnable 達成 Multi-threading

2.透過將共享資源宣告成「同步的」以解決執行緒不安全問題

延伸學習：有關透過鎖 Lock 解決執行緒不安全問題，可以參考我的另一篇文章 Java - Lock - 解決執行緒不安全

Java - Thread 執行緒(二) - interface Runnable