Java基础-进程与线程之Thread类详解

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Java基础-进程与线程之Thread类详解

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作者：尹正杰

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一.进程与线程的区别

　　简而言之：一个程序运行后至少有一个进程，一个进程中可以包含多个线程。线程是程序执行任务的最小单位。

1>.进程的概念：

　　进程指正在运行的程序。确切的来说，当一个程序进入内存运行，即变成一个进程，进程是处于运行过程中的程序，并且具有一定独立功能。

2>.线程的概念：

　　线程是进程中的一个执行单元，负责当前进程中程序的执行，一个进程中至少有一个线程。一个进程中是可以有多个线程的，这个应用程序也可以称之为多线程程序。

二.程序运行原理

1>.分时调度

　　所有线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每个线程占用 CPU 的时间。

2>.抢占式调度

　　优先让优先级高的线程使用 CPU，如果线程的优先级相同，那么会随机选择一个(线程随机性)，Java使用的为抢占式调度。

三.Thread类介绍

　　该如何创建线程呢？通过API中搜索，查到Thread类。通过阅读Thread类中的描述。Thread是程序中的执行线程。Java 虚拟机允许应用程序并发地运行多个执行线程。

继续阅读，发现创建新执行线程有两种方法。

　　1>.一种方法是将类声明为 Thread 的子类。该子类应重写 Thread 类的 run 方法。创建对象，开启线程。run方法相当于其他线程的main方法。

　　2>.另一种方法是声明一个实现 Runnable 接口的类。该类然后实现 run 方法。然后创建Runnable的子类对象，传入到某个线程的构造方法中，开启线程。

　　其实，还有第三种创建线程的方式，就是通过线程池的方式(实现Callable接口方式)，本篇博客会有相应的案例。

四.实现线程程序继承Thread

1>.线程执行的随机性

　　创建线程的步骤：　　

　　　　a>.定义一个类基础Thread；

　　　　b>.重写run方法；

　　　　c>.创建子类对象，就是创建线程对象；

　　　　d>.调用start方法，开启线程并让线程执行，同时还会告诉JVM去调用run方法；

 /*
 @author :yinzhengjie
 Blog:http://www.cnblogs.com/yinzhengjie/tag/Java%E5%9F%BA%E7%A1%80/
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 */

 package cn.org.yinzhengjie.note;

 public class MyThread extends Thread{
     @Override
     public void run() {
         for(int i = 0; i < 5 ;i++) {
             System.out.println("Run..."+i);
         }
     }
 }

MyThread.java 文件内容

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 */

 package cn.org.yinzhengjie.note;

 public class ThreadDemo {
     public static void main(String[] args) {
         MyThread t = new MyThread();
         //多次启动一个线程是非法的。特别是当线程已经结束执行后，不能在重新启动。
         t.start();
         for(int i = 0; i < 5 ;i++) {
             System.out.println("Main..."+i);
         }
     }
 }

 /*
 以上代码执行结果如下：
 Main...0
 Run...0
 Main...1
 Run...1
 Main...2
 Run...2
 Main...3
 Run...3
 Main...4
 Run...4
 */

2>.线程对象调用 run方法和调用start方法区别？

　　答：线程对象调用run方法不开启线程。仅是对象调用方法。线程对象调用start开启线程，并让jvm调用run方法在开启的线程中执行。

3>.为什么要继承Thread,并调用其的start方法才能开启线程呢？

　　答：继承Thread类：因为Thread类用来描述线程，具备线程应该有功能。

4>.为什么不直接创建Thread类的对象呢？

　　答：直接创建Thread类的对象并没有太大的意义，因为创建Thread类并调用其start方法，可以开启一个新的线程并调用Thread类中的run方法，而这个run方法没有做任何事情。更重要的是这个run方法中并没有定义为我们需要让线程执行的代码。（这个可以参考Thread源码的run方法！）

5>.为什么要创建线程

　　答：是为了建立程序单独的执行路径，让多部分代码实现同时执行。也就是说线程创建并执行需要给定线程要执行的任务。对于之前所讲的主线程，它的任务定义在main函数中。自定义线程需要执行的任务都定义在run方法中。

 6>.为什么要重写run方法

　　答：Thread类run方法中的任务并不是我们所需要的，只有重写这个run方法。既然Thread类已经定义了线程任务的编写位置（run方法），那么只要在编写位置（run方法）中定义任务代码即可。所以进行了重写run方法动作。

 7>.为什么线程执行是具有随机性？

　　答：多线程执行时，到底在内存中是如何运行的呢？以上个程序为例，进行图解说明：多线程执行时，在栈内存中，其实每一个执行线程都有一片自己所属的栈内存空间。进行方法的压栈和弹栈。以上个程序为例，进行图解说明：

五.Thread类常用方法

1>.getName方法【获取当前线程对象的名称】

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 */

 package cn.org.yinzhengjie.note;

 public class ThreadDemo {
     public static void main(String[] args) {
         Thread t = new Thread();
         String ThreadName = t.getName();
         System.out.println(ThreadName);
     }
 }

 /*
 以上代码执行结果如下：
 Thread-0
 */

2>.currentThread方法【获取当前线程对象】

 /*
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 package cn.org.yinzhengjie.note;

 public class ThreadDemo {
     public static void main(String[] args) {
         //获取当前线程对象
         Thread thread = Thread.currentThread();
         //获取当前线程对象的名称
         String name = thread.getName();
         System.out.println(name);
     }
 }

 /*
 以上代码执行结果如下：
 main
 */

3>.setName方法【设置当前线程的名称】

 /*
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 */

 package cn.org.yinzhengjie.note;

 public class ThreadDemo {
     public static void main(String[] args) {
         //获取当前线程对象
         Thread thread = Thread.currentThread();
         //设置当前的线程名称
         thread.setName("yinzhengjie");
         System.out.println(thread.getName());
     }
 }

 /*
 以上代码执行结果如下：
 yinzhengjie
 */

4>.sleep方法【在指定的毫秒数内荣当前正在执行的线程休眠（暂停执行）】

 /*
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 */

 package cn.org.yinzhengjie.note;

 public class ThreadDemo {
     public static void main(String[] args) {
         for (int i = 0; i < 3; i++) {
             try {
                 //先当前线程休息1000毫秒，也就是我们所说的一秒
                 Thread.sleep(1000);
                 System.out.printf("还有【%d】秒结束进程\n",3-i);
             } catch (InterruptedException e) {
                 e.printStackTrace();
             }
         }
     }
 }

 /*
 以上代码执行结果如下：
 还有【3】秒结束进程
 还有【2】秒结束进程
 还有【1】秒结束进程
 */

 5>.setPriority与getPriority方法【设置和获取当前线程的优先级，优先级越高，枪战CPU执行权限的机会就越大】

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 */

 package cn.org.yinzhengjie.note2;

 /*
  * 创建线程第一种方式:
  *     1.自定义类继承Thread类
  *     2.重写其中的run方法
  *     3.创建自定义类的对象,调用它的start方法启动线程
  */
 public class MyThread extends Thread {
     // 构造方法对成员变量赋值
     public MyThread(String name,int x) {
         super(name);
         this.x = x;
     }

     public MyThread() {
     }

     int x = 0;

     @Override
     public void run() {
         if(x == 1){
             for (int i = 0; i < 100; i++) {
                 System.out.println(this.getName() + " 尹正杰 " + i);
             }
         }else if(x == 2){
             for (int i = 0; i < 100; i++) {
                 System.out.println(this.getName() + " yinzhengjie " + i);
             }
         }

     }

 }

MyThread.java 文件内容

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 package cn.org.yinzhengjie.note2;

 public class MyThreadDemo {
     public static void main(String[] args) {
         // 创建自定义类对象
         MyThread mt1 = new MyThread("线程1", 1);
         MyThread mt2 = new MyThread("线程2", 2);
         //修改线程1和线程2的优先级。默认有限级取决于创建该线程的父线程，优先级的范围:1-10
         mt1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
         mt2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
         //获取线程设置的优先级
 //        System.out.println(mt1.getPriority());
 //        System.out.println(mt2.getPriority());

         //尽管咱们先启动线程2，由于上面我们把线程2的优先级设置的最小，因此线程1抢到CPU的概率还是较大的
         mt2.start();
         mt1.start();
     }
 }

6>.join方法【直到调用该方法的线程执行结束，程序才会再往下执行】

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 */

 package cn.org.yinzhengjie.note2;

 public class MyThread extends Thread {
     @Override
     public void run() {
         for(int i = 0;i<100;i++){
             System.out.println(getName() + "hello" + i);
         }
     }

 }

MyThread.java 文件内容

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 package cn.org.yinzhengjie.note2;

 public class MyThreadDemo {
     public static void main(String[] args) {
         MyThread mt1 = new MyThread();
         MyThread mt2 = new MyThread();
         mt1.setName("Father");
         mt2.setName("Son");
         mt1.start();
         //让mt1先执行完,再执行当前线程
         try {
             mt1.join();
         } catch (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
         }
         mt2.start();    //注意，上面的程序执行完毕后，剩下的执行顺序就是mt2线程和main线程互相抢夺CPU啦！
         for(int i = 0;i<100;i++){
             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + i);
         }
     }
 }

7>.yield方法【暂停当前正在执行的线程对象，并执行其它线程，很有可能当前线程会再次抢到执行权哟！】

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 package cn.org.yinzhengjie.note2;

 public class MyThread extends Thread {
     private int num;

     public MyThread(String name,int num) {
         super(name);
         this.num = num * 1000;
     }

     public MyThread() {
         super();
     }

     @Override
     public void run() {
         for (int i = 0; i < 10; i++) {
             System.out.printf("%s 第【%d】次执行！\r\n ",this.getName(),i);
             try {
                 //暂停当前正在执行的线程对象，并执行其它线程。
                 Thread.yield();
                 Thread.sleep(this.num);

             } catch (InterruptedException e) {
                 e.printStackTrace();
             }
         }
     }
 }

MyThread.java 文件内容

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 package cn.org.yinzhengjie.note2;

 public class MyThreadDemo {
     public static void main(String[] args) {
         MyThread mt1 = new MyThread("线程1",1);
         MyThread mt2 = new MyThread("线程2",5);
         mt1.start();
         mt2.start();
     }
 }

8>.deamon方法【也称为守护线程，守候线程在非守候线程结束后，就结束了】

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 package cn.org.yinzhengjie.note2;

 public class Boss  extends Thread{
     @Override
     public void run() {
         for (int i = 0; i <100; i++) {
             System.out.println(this.getName() + "==" +  i);
         }
     }
 }

Boss.java 文件内容

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 package cn.org.yinzhengjie.note2;

 public class Worker extends Thread{
     @Override
     public void run() {
         for (int i = 0; i < 100000; i++) {
             System.out.println(this.getName() + "------" + i);
         }
     }
 }

Worker.java 文件内容

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 */
 package cn.org.yinzhengjie.note2;

 public class Demo {
     public static void main(String[] args) {
         Boss boss = new Boss();
         boss.setName("boss");
         Worker worker = new Worker();
         worker.setName("worker");
         worker.setDaemon(true);
         boss.start();
         worker.start();
     }
 }

 9>.stop与interrupt方法【前者不推荐使用，推荐使用interrupt，可以让当前线程终止】

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 */

 package cn.org.yinzhengjie.note2;

 public class MyThread extends Thread{
     @Override
     public void run() {
         for(int i = 0;i<3;i++){
             System.out.println(getName() + "--" + i);
             try {
                 Thread.sleep(3);
             } catch (InterruptedException e) {
                 System.out.println("子线程被中断了.");
                 e.printStackTrace();
             }

             System.out.println("hello");
         }
     }
 }

MyThread.java 文件内容

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 */
 package cn.org.yinzhengjie.note2;

 /*
  * 线程终止:
  *     主线程睡3秒,之后,把子线程终止
  *
  */
 public class MyThreadDemo {
     public static void main(String[] args) {
         MyThread mt = new MyThread();
         mt.setName("mt");
         mt.start();
 //        for(int i = 0;i<3;i++){
 //            try {
 //                Thread.sleep(1000);
 //            } catch (InterruptedException e) {
 //                e.printStackTrace();
 //            }
 //        }

         //如果子线程还没有结束,就终止它,那是相当的暴力啊，直接干掉mt这个子进程！
 //        mt.stop();
         //推荐使用中断方法，并不会彻底杀死mt进程，而是采用中断方法，然后把异常抛给mt子进程。(mt进程中调用了Thread.sleep方法)
         mt.interrupt();
     }
 }

 /*
 以上代码执行结果如下：
 mt--0
 子线程被中断了.
 java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
     at java.base/java.lang.Thread.sleep(Native Method)
     at cn.org.yinzhengjie.note2.MyThread.run(MyThread.java:15)
 hello
 mt--1
 hello
 mt--2
 hello
 */

六.实现线程的另一种方式实现Runnable接口

1>.创建线程的步骤：

　　a>.定义类实现Runable接口；

　　b>.覆盖接口中的run方法；

　　c>.创建Thread类的对象；

　　d>.将Runable接口的子类对象作为参数传递给Thread类的构造函数；

　　e>.调用Thread类的start方法开启线程；

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 package cn.org.yinzhengjie.note;

 class SubRunnable implements Runnable{

     @Override
     public void run() {
         Thread.currentThread().setName("yinzhengjie");
         for (int i = 0; i < 3; i++) {
             try {
                 //先当前线程休息1000毫秒，也就是我们所说的一秒
                 Thread.sleep(1000);
                 System.out.printf("线程【%s】还有【%d】秒结束进程\n",Thread.currentThread().getName(),3-i);
             } catch (InterruptedException e) {
                 e.printStackTrace();
             }
         }
     }

 }

 public class RunableDemo {
     public static void main(String[] args) {
         //实例化我们自定义实现Runnable接口的方法
         SubRunnable sr = new SubRunnable();
         //创建Thread类对象，构造方法中，传递Runnable接口实现类
         Thread t = new Thread(sr);
         //调用Thread类方法start()方法
         t.start();
         for (int i = 0; i < 3; i++) {
             try {
                 //先当前线程休息1000毫秒，也就是我们所说的一秒
                 Thread.sleep(1000);
                 System.out.printf("线程【%s】还有【%d】秒结束进程\n",Thread.currentThread().getName(),3-i);
             } catch (InterruptedException e) {
                 e.printStackTrace();
             }
         }
     }
 }

 /*
 以上代码执行结果如下：（发现执行结果依然是随机性的）
 线程【main】还有【3】秒结束进程
 线程【yinzhengjie】还有【3】秒结束进程
 线程【main】还有【2】秒结束进程
 线程【yinzhengjie】还有【2】秒结束进程
 线程【yinzhengjie】还有【1】秒结束进程
 线程【main】还有【1】秒结束进程
 */

2>.为什么需要定一个类去实现Runnable接口呢？

　　答：实现Runnable接口，避免了继承Thread类的单继承局限性。覆盖Runnable接口中的run方法，将线程任务代码定义到run方法中。

3>.继承Thread类和实现Runnable接口有啥区别呢？

　　答：创建Thread类的对象，只有创建Thread类的对象才可以创建线程。线程任务已被封装到Runnable接口的run方法中，而这个run方法所属于Runnable接口的子类对象，所以将这个子类对象作为参数传递给Thread的构造函数，这样，线程对象创建时就可以明确要运行的线程的任务。

4>.实现Runnable的好处

　　a>.实现Runnable接口的方式避免了单继承的局限性(比如：我们在实现一个接口的同时还可以继承其它的类)，所以较为常用。

　　b>.实现Runnable接口的方式更加的符合面向对象，线程分为两部分，一部分线程对象，一部分线程任务。继承Thread类，线程对象和线程任务耦合在一起。一旦创建Thread类的子类对象，既是线程对象，有又有线程任务。

　　c>.实现Runnable接口的方式将线程任务单独分离出来封装成对象，类型就是Runnable接口类型。Runnable接口对线程对象和线程任务进行解耦。

　　d>.实现Runnable接口的方式可以让资源实现共享，也就是有多个线程要操作同一个线程的时候，同一个数据在接口当中是共享的(因为多个线程创建对象时传递的是同一个接口)，而继承Thread的类它们的数据一般都是私有的(此处我们不考虑将成员变量修饰为静态(static)成员的情况)。

　　小提示：我们做程序要做到高内聚，低耦合。高内聚指的是自己的事情自己做，自己能做的事情决不让外人去做；低耦合指的是要尽量降低类与类之间的联系性。而接口的应用恰好可以帮我们完成这些事！

七. 线程的匿名内部类使用

　　使用线程的内匿名内部类方式，可以方便的实现每个线程执行不同的线程任务操作。

1>.匿名内部类继承Thread方法

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 */

 package cn.org.yinzhengjie.note;

 public class ThreadDemo {
     public static void main(String[] args) {
         new Thread() {
             @Override
             public void run() {
                 System.out.println("尹正杰到此一游！");
             }
         }.start();
     }
 }

 /*
 以上代码执行结果如下：
 尹正杰到此一游！
 */

2>.匿名内部类实现Runnable接口

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 */

 package cn.org.yinzhengjie.note;

 public class ThreadDemo {
     public static void main(String[] args) {
         //实现Runnable接口
         Runnable r =  new Runnable() {
             public void run() {
                     System.out.println("尹正杰再次到此一游");
             }
         };
         //传递实现Runnable接口对象给Thread的构造方法
         new Thread(r).start();

     }
 }

 /*
 以上代码执行结果如下：
 尹正杰再次到此一游
 */

3>.匿名内部类实现Runnable接口并传递给匿名的Thread对象

 /*
 @author :yinzhengjie
 Blog:http://www.cnblogs.com/yinzhengjie/tag/Java%E5%9F%BA%E7%A1%80/
 EMAIL:[e-mail]
 */

 package cn.org.yinzhengjie.note;

 public class ThreadDemo {
     public static void main(String[] args) {
         new Thread(new Runnable() {
             //实现Runnable接口
             @Override
             public void run() {
                 System.out.println("尹正杰又到此一游");
             }
         }).start(); //别忘了这里需要调用Thread对象的start方法哟！
     }
 }

 /*
 以上代码执行结果如下：
 尹正杰又到此一游
 */

 八.线程的状态图

　　线程的状态我们可以画一张图来帮助记忆：

九.使用线程池方式--Runnable接口

1>. 线程池的原理

　　线程池，其实就是一个容纳多个线程的容器，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作，无需反复创建线程而消耗过多资源。换句话说，程序一开始的时候，创建多个线程对象并存储到集合中，需要线程的时候就会从这个结合中获取线程出来干活。当该线程干完活之后又会回到定义的结合中继续等待其它任务，并不会死亡，直到程序员手动关闭线程池。

　　在java中，如果每个请求到达就创建一个新线程，开销是相当大的。在实际使用中，创建和销毁线程花费的时间和消耗的系统资源都相当大，甚至可能要比在处理实际的用户请求的时间和资源要多的多。除了创建和销毁线程的开销之外，活动的线程也需要消耗系统资源。如果在一个jvm里创建太多的线程，可能会使系统由于过度消耗内存或“切换过度”而导致系统资源不足。为了防止资源不足，需要采取一些办法来限制任何给定时刻处理的请求数目，尽可能减少创建和销毁线程的次数，特别是一些资源耗费比较大的线程的创建和销毁，尽量利用已有对象来进行服务。

　　线程池主要用来解决线程生命周期开销和资源不足问题。通过对多个任务重复使用线程，线程创建的开销就被分摊到了多个任务上了，而且由于在请求到达时线程已经存在，所以消除了线程创建所带来的延迟。这样，就可以立即为请求服务，使用应用程序响应更快。另外，通过适当的调整线程中的线程数目可以防止出现资源不足的情况。　　

2>.使用线程池中线程对象的步骤

　　通常，线程池都是通过线程池工厂创建，再调用线程池中的方法获取线程，再通过线程去执行任务方法，具体步骤如下：

　　a>.创建线程池对象;

　　b>. 创建Runnable接口子类对象;

　　c>.提交Runnable接口子类对象;

　　d>.关闭线程池;

 /*
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 */

 package cn.org.yinzhengjie.note;

 import java.util.concurrent.ExecutorService;
 import java.util.concurrent.Executors;

 class ThreadPoolRunnable implements Runnable{
     @Override
     public void run() {
         Thread t = Thread.currentThread();
         System.out.println(t.getName()+" 尹正杰到此一游！");
     }
 }

 public class ThreadPoolDemo {
     public static void main(String[] args) {
         //调用工厂类的静态方法，创建线程池对象,需要传入一个int型的参数，表示线程池容纳的线程对象个数，我这里传入的是5.
         //返回的是线程池对象，该对象是一个接口。
         ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
         //调用接口实现类对象pool中的方法submit提交线程任务，将Runnable接口实现类的对象传递进去即可
         pool.submit(new ThreadPoolRunnable());
         pool.submit(new ThreadPoolRunnable());
         pool.submit(new ThreadPoolRunnable());
         //销毁线程池,一般情况下我们不会用该方法。
         pool.shutdown();
     }
 }

 /*
 以上代码执行结果如下：
 pool-1-thread-3 尹正杰到此一游！
 pool-1-thread-1 尹正杰到此一游！
 pool-1-thread-2 尹正杰到此一游！
 */

3>.实现线程的Callable接口方式

 /*
 @author :yinzhengjie
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 */

 package cn.org.yinzhengjie.note;

 import java.util.concurrent.Callable;
 import java.util.concurrent.ExecutionException;
 import java.util.concurrent.ExecutorService;
 import java.util.concurrent.Executors;
 import java.util.concurrent.Future;

 class GetSumCallable implements Callable<Integer>{
     private int num;
     //利用构造方法实现成员变量的传参，从而实现了多线程的异步计算。
     public GetSumCallable(int num) {
         this.num = num;
     }
     //Callable接口的特点就是有返回值，而且还可以抛异常，弥补了Thread类的run的不足！
     @Override
     public Integer call() throws Exception {
         int sum = 0;
         for(int i = 1;i <= num;i++) {
             sum += i;
         }
         return sum;
     }
 }

 public class ThreadPoolDemo {
     public static void main(String[] args) {
         //创建线程池对象
         ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
         //提交线程任务的submit方法返回Future接口的实现类,计算1加到100的和
         Future<Integer> f1 = pool.submit(new GetSumCallable(100));
         //提交线程任务，计算1加到2000的和
         Future<Integer> f2 = pool.submit(new GetSumCallable(2000));
         try {
             //将线程的返回值拿过来。
             System.out.println(f1.get());
             System.out.println(f2.get());
         } catch (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
         } catch (ExecutionException e) {
             e.printStackTrace();
         }finally {
             //释放资源，根据你的业务需求
             pool.shutdown();
         }

     }
 }

 /*
 以上代码执行结果如下：
 5050
 2001000
 */