Introdução à Programação Concorrente com Threads em Java

A maioria das aplicações modernas executa várias tarefas ao mesmo tempo. Em um editor de texto, por exemplo, enquanto um usuário digita, o software realiza a verificação ortográfica em segundo plano e salva o trabalho automaticamente. Em Java, essa capacidade de executar tarefas de forma simultânea é viabilizada pelo uso de múltiplas threads.

Uma thread é a menor unidade de execução dentro de um programa. Por padrão, toda aplicação Java inicia com uma thread principal, conhecida como main thread, que é responsável por executar o método main(). A programação com múltiplas threads, ou multithreading, permite criar e gerenciar novas threads para que diferentes tarefas possam rodar em paralelo, sem bloquear a execução principal.

A Importância da Concorrência

Imagine uma aplicação com interface gráfica que precisa baixar um arquivo grande da internet. Sem o uso de multithreading, a interface do usuário ficaria completamente travada até que o download fosse concluído, o que resultaria em uma péssima experiência. Com multithreading, o download pode ser delegado a uma thread separada, permitindo que a interface continue responsiva e interativa.

A Classe Thread: O Coração do Multithreading em Java

Em Java, toda a funcionalidade de uma thread é encapsulada na classe java.lang.Thread. Para criar uma nova linha de execução, é necessário instanciar um objeto dessa classe.

Toda thread em execução possui um ponto de partida. Para a thread principal, esse ponto é o método main(). A partir dela, é possível criar outras threads "filhas".

Para obter uma referência à thread que está executando o código em um determinado momento, utiliza-se o método estático Thread.currentThread():

public class Program {
    public static void main(String[] args) {
        // Obtém uma referência para a thread que está executando o método main
        Thread mainThread = Thread.currentThread();

        // Por padrão, o nome da thread principal é "main"
        System.out.println("Nome da thread atual: " + mainThread.getName()); // main
    }
}

Propriedades e Métodos Fundamentais da Classe Thread

A classe Thread oferece diversos métodos para gerenciar e inspecionar o estado de uma thread:

• void start(): Inicia a execução da thread. A Máquina Virtual Java (JVM) aloca os recursos necessários e agenda a thread para ser executada, chamando seu método run(). É fundamental entender que este é o método correto para iniciar uma nova linha de execução.
• void run(): Contém o código que será executado pela thread. Este método funciona como o "ponto de entrada" da nova thread, mas nunca deve ser chamado diretamente. Chamar run() de forma explícita apenas executa seu código dentro da thread atual, sem iniciar uma nova.
• void setName(String name) / String getName(): Define ou obtém o nome da thread, o que é útil para depuração.
• void setPriority(int p) / int getPriority(): Define ou obtém a prioridade da thread, um valor entre 1 e 10. Threads com maior prioridade têm mais chances de serem selecionadas pelo escalonador do sistema operacional para execução.
• static void sleep(long millis): Pausa a thread atual por um número especificado de milissegundos.
• void join(): Faz com que a thread atual aguarde até que a thread na qual o método join() foi chamado finalize sua execução.
• boolean isAlive(): Retorna true se a thread já foi iniciada e ainda não concluiu sua execução.

É possível obter informações detalhadas sobre uma thread ao imprimir o objeto diretamente:

public class Program {
    public static void main(String[] args) {
        Thread mainThread = Thread.currentThread();
        System.out.println(mainThread);
    }
}

Saída no console:

Thread[main,5,main]

Essa saída, no formato Thread[nome,prioridade,grupo], apresenta informações importantes: o nome da thread (main), sua prioridade (5, que é o valor padrão) e o grupo ao qual ela pertence (main).

As Desvantagens do Uso de Threads

Embora sejam uma ferramenta poderosa, as threads não são uma solução universal e introduzem custos que podem impactar o desempenho do sistema.

• Consumo de Memória: Cada thread criada possui sua própria pilha de execução (stack) na memória. Essa pilha armazena variáveis locais e o histórico de chamadas de métodos. Consequentemente, um número maior de threads leva a um consumo de memória mais elevado.
• Sobrecarga de Troca de Contexto (Context Switching): Em um processador com um único núcleo, o sistema operacional cria a ilusão de simultaneidade ao alternar rapidamente entre as threads ativas. Esse processo, conhecido como troca de contexto, consome recursos e tem um custo de desempenho. Mesmo em sistemas com múltiplos núcleos, um número excessivo de threads pode gerar contenção por recursos.
• Complexidade e Riscos: A programação concorrente é inerentemente mais complexa. Problemas como condições de corrida (race conditions), que ocorrem quando threads competem por um mesmo recurso, e deadlocks, situação em que threads travam aguardando umas pelas outras, são difíceis de depurar e podem levar a erros graves no programa.

Resumo

• Multithreading permite que múltiplas tarefas sejam executadas de forma concorrente em um programa.
• A classe Thread é a base para a criação e o gerenciamento de threads em Java.
• O método start() inicia uma nova thread, que por sua vez executa o código definido no método run().
• O método Thread.currentThread() retorna uma referência à thread que está executando o código no momento.
• O uso de threads implica custos, como maior consumo de memória e aumento da complexidade no gerenciamento de concorrência.