Khởi tạo Thread

Class Thread, Object và interface Runnable đều có những phương thức hỗ trợ cho concurrency trong java. Thread có các phương thức như run(), start() và sleep() rất hữu ích cho các tác vụ đa luồng. Object có các phương thức như wait() và notify() để hỗ trợ cho lập trình concurrency. Vì mọi class trong java đề kế thừa từ class Object, nên tất cả object đều có một số khả năng hỗ trợ đa luồng cơ bản. Ví dụ, ta có thể khóa bất kỳ object nào trong java (sử dụng từ khóa synchronized- sẽ được nhắc đến ở các bài viết sau). Tuy nhiên, đối với việc khởi tạo thread thì các phương thức hỗ trợ của class Object không thực sự hữu dụng. Để giải quyết vấn đề này ta có thể extend class java.lang.Thread hoặc implement interfacejava.lang.Runnable.

Cách đơn giản nhất để thực thi một thread là sử dụng class java.lang.Thread (viết tắt là Thread). Thực thi một tác vụ với Thread là một quá trình gồm hai bước.

• Đầu tiên, xác định Thread với nhiệm vụ tương ứng sẽ được thực hiện.
• Sau đó, bắt đầu tác vụ bằng cách sử dụng phương thức start().

Lưu ý: Java sẽ không đảm bảo về thứ tự mà một thread sẽ được xử lý sau khi nó được bắt đầu. Nó có thể được thực hiện ngay lập tức hoặc bị trì hoãn trong một khoảng thời gian đáng kể.

Sau đây sẽ là cách để khởi tạo thread bằng Thread và Runnable

Khởi tạo bằng class Thread

Để khởi tạo một thread bằng cách kế thừa class Thread ta cần override phương thức run(). Nếu không, phương thức run() mặc định của class Thread sẽ được sử dụng, nó sẽ không làm gì cả. Để override run(), ta cần đặt nó là hàm public, không có tham số đầu vào và kiểu trả về là void. Hay nói cách khác, sẽ là public void run(). ta có thể thực thi một thread bằng cách gọi hàm start() từ một instance của class Thread. Khi JVM schedule thread, nó sẽ chuyển thread về trạng thái runnable và thực thi phương thức run(). Khi run() được hoàn thành thì thread này sẽ bị terminate. Ví dụ

class MyThread extends Thread {
     public void run() {
         try {
             sleep(1000);
         }
         catch (InterruptedException ex) {
             ex.printStackTrace();
             // ignore the InterruptedException - this is perhaps the one of the
             // very few of the exceptions in Java which is acceptable to ignore
         }
         System.out.println("In run(); thread name is: " + getName());
     }
     
     public static void main(String args[]) {
         Thread myThread = new MyThread();
         myThread.start();
         System.out.println("In main(); thread name: " +
         Thread.currentThread().getName());
     }
}

Chương trình trên sẽ có kết quả như sau:

In main(); thread name is: main
In run(); thread name is: Thread-0

Trong ví dụ trên, class MyThread đã kế thừa class Thread. Phương thức run() đã được override, nó sẽ được gọi đến khi mà thread chạy. Tại hàm main(), ta khởi tạo một thread mới và bắt đầu nó bằng cách sử dụng phương thức start(). Một điều quan trọng là, không được gọi trực tiếp đến phương thức run(). Thay vào đó, khi bắt đầu thread bằng cách gọi hàm start(), phương thức run() sẽ tự động được thực hiện bởi JVM.

Để lấy ra tên của thread, có thể sử dụng phương thức getName (), nó trả về một String. Vì main() là một phương thức tĩnh nên không có quyền truy cập vào tham chiếu này. Vì vậy, phải lấy tên của thread hiện tại bằng cách sử dụng phương thức tĩnh currentThread() trong class Thread (trả về một đối tượng Thread). Bây giờ, ta có thể gọi getName() trên đối tượng được trả về đó.

Khởi tạo bằng interface Runnable

Runnable interface là một functional interface có một phương thức duy nhất là run() và không yêu cầu tham số đầu vào cũng như return bất kỳ giá trị nào. Nó thường được sử dụng để xác định các công việc mà một thread sẽ thực thi, tách biệt với main thread của ứng dụng.

@FunctionalInterface public interface Runnable {
     void run();
}

Một cách khác để tạo một thread là implement interface Runnable (class Thread đã tự implement interface Runnable). Interface Runnable khai báo một phương thức duy nhất, run(). Do đó, khi implement, cần phải định nghĩa rõ ràng phương thức run(). Một điều quan trọng là interface Runnable không khai báo phương thức start(). Vì vậy, làm thế nào để tạo một thread bằng cách này? Câu trả lời là, Thread có một overloaded constructor, nó sẽ nhận một đối tượng Runnable làm tham số đầu vào. Cụ thể sẽ như sau:

class RunnableImpl implements Runnable {
    public void run() {
        System.out.println("In run(); thread name is: " +
        Thread.currentThread().getName());
    }
    public static void main(String args[]) throws Exception {
        Thread myThread = new Thread(new RunnableImpl());
        myThread.start();
        System.out.println("In main(); thread name is: " +
        Thread.currentThread().getName());
    }
}

Chương trình trên sẽ có kết quả như sau:

In main(); thread name is: main
In run(); thread name is: Thread-0

Ở ví dụ trên, ta đã implement phương thức run(). Tuy nhiên, để lấy tên của thread, vẫn phải lấy thông qua Thread.currentThread().GetName(). Trong phương thức main(), để tạo một thread, ta đã truyền một object là một instance của class RunnableImpl cho phương thức khởi tạo của class Thread. Phương thức start() bắt đầu thread và sau đó JVM gọi phương thức run().

Thread vs Runnable

Trong trường hợp muốn biết được khi nào thì sử dụng Thread khi nào thì sử dụng Runnable để khởi tạo một đối tượng thread thì dưới đây là một số lý do để lựa chọn phương pháp này hay phương pháp kia.

• Nếu cần định nghĩa Thread một cách chi tiết , ví dụ như mức độ ưu tiên của thread thì việc extend class Thread sẽ phù hợp hơn.
• Vì Java không hỗ trợ đa kế thừa, nên việc extend class Thread sẽ không cho phép chúng ta extend thêm bất kì class nào khác nữa. Trong trường hợp này việc implement interfaceRunnable sẽ cho phép chúng ta extend thêm một class khác.
• Implement interfaceRunnable thường sẽ là một phương án đáp ứng được thiết kế OOP tốt hơn. Vì nó tách tác vụ đang được thực hiện ra khỏi đối tượng Thread đang thực hiện nó.
• Implement interfaceRunnable cho phép class có thể được sử dụng bởi nhiều class concurrency API

Tuy nhiên, ngoài việc extend class Thread và implement interface Runnable thì ta có thể sử dụng ExecutorService như một cách tiện lợi hơn để có thể thực hiện các tác vụ liên quan đến thread mà không cần phải trực tiếp tạo các đối tượng thread

Polling với Sleep()

Đôi khi, chúng ta cần một thread kiểm tra (poll) dữ liệu, trạng thái,.. tại một số thời điểm nhất định để tiến hành một số thao tác. Polling là một process kiểm tra dữ liệu không liên tục tại một số khoảng thời gian cố định. Ví dụ: giả sử ta có một thread cập nhật giá trị của một biến static counter được chia sẻ giữa các thread với nhau. Trong khi đó main thread sẽ đợi counter đạt giá trị 100. Được mô tả như sau:

public class CheckResults {
    private static int counter = 0;
    
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            for(int i=0; i<500; i++) {
                CheckResults.counter++;
            }
        })
        .start();
        
        while(CheckResults.counter<100) {
            System.out.println("Not reached yet");
        }
        
        System.out.println("Reached!");
    }
}

Câu hỏi đặt ra là vòng lặp while() trong đoạn code trên sẽ thực hiện bao nhiêu lần và kết quả trả về sẽ in ra bao nhiêu dòng Not reached yet ? Câu trả lời là, không thể xác định được. Kết quả có thể là không có lần nào, 10 lần hay cả nghìn lần. Thậm chí, nếu như có một thread scheduler không tốt, nó có thể sẽ chạy đến vô hạn lần. Sử dụng vòng lặp while() trong trường hợp này để kiểm tra dữ liệu mà không có một số kiểu độ trễ được áp dụng vào là một phương án code rất tệ vì nó khiến cho CPU resources bị chiếm dụng mà không có lý do gì cả. Chúng ta có thể tránh được việc này bằng cách sử dụng phương thức Thread.sleep() để triển khai polling. Phương thức Thread.sleep() yêu cầu luồng hiện tại sẽ phải dừng lại trong một khoảng mili giây được chỉ định. Khi được sử dụng trong hàm main(), thread được dùng để thực thi hàm main() sẽ tạm dừng, trong khi các luồng khác sẽ tiếp tục chạy. Cụ thể như sau:

public class CheckResults {
    private static int counter = 0;
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        new Thread(() -> {
            for(int i=0; i<500; i++) {
                CheckResults.counter++;
            }
        })
        .start();
        
        while(CheckResults.counter<100) {
            System.out.println("Not reached yet");
            Thread.sleep(1000); // 1 SECOND
        }
        
        System.out.println("Reached!");
    }
}

Ở ví dụ này, tạm thời bỏ qua việc phải throwInterruptedException thì ta đã delay 1000 mili giây ở cuối mỗi vòng lặp. Mặc dù thay đổi này là rất nhỏ, nhưng hiện ta ta đã có thể ngăn việc tạo ra một vòng lặp vô hạn và nguy cơ ứng dụng bị lock. Quay lại câu hỏi ban đầu, vòng lặp while() trong đoạn code trên sẽ thực hiện bao nhiêu lần và kết quả trả về sẽ in ra bao nhiêu dòng Not reached yet ? Câu trả lời vẫn sẽ là không thể xác định được. Mặc dù việc polling ngăn cho CPU không bị quá tải bởi một vòng lặp vô hạn có khả năng xảy ra, nhưng nó không chắc chắn được khi nào thì vòng lặp sẽ kết thúc.Ví dụ: thread tăng biến counter sẽ có thể sử dụng CPU một process có độ ưu tiên cao hơn, dẫn đến nhiều lần thực thi vòng lặp while() trước khi nó kết thúc.

Một vấn đề khác cần quan tâm là biến counter được chia sẻ giữa các thread. Điều gì sẽ xảy ra nếu một thread đang đọc nó trong khi một thread khác đang cập nhật lại nó? thread đọc sẽ có thể nhận được một giá trị không hợp lệ hoặc không chính xác. Đây chính là vấn đề về việc đồng bộ hóa (synchronization) sẽ được đề cập đến sau.

Tài liệu tham khảo

Jeanne Boyarsky, Scott Selikoff. OCP Oracle Certified Professional Java SE 8 Programmer II Study Guide Exam