Java语言PPT教学课件-第八章 线程.ppt

第八章 线程,本章导读 1. java中的线程 2. 线程的生命周期 3. 线程的优先级与调度管理 4. thread的子类创建线程 5使用runable接口 6线程的常用方法 7线程同步 8在同步方法中使用wait()、notify 和notifyall 9线程的联合 10守护线程,1、多线程基本概念,每个程序都有一个入口、一个出口以及一个顺序执行的序列，在程序执行过程中的任何指定时刻，都只有一个单独的执行点。 事实上，在单个程序内部是可以在同一时刻进行多种运算的，这就是所谓的多线程（这与多任务的概念有相似之处）。 线程并不是程序，它自己本身并不能运行，必须在程序中运行。在一个程序中可以实现多个线程，这些线程同时运行，完成不同的功能。,flashget、netant,1、多线程基本概念,进程：程序的一次执行。 程序代码 程序数据 程序资源 线程：进程中程序代码的一个执行序列。 程序调用堆栈 线程局部变量 可共享访问进程中的数据和资源 操作系统按线程来调度程序的执行,1、多线程基本概念,两者的粒度不同，是两个不同层次上的概念。进程是由操作系统来管理的，而线程则是在一个程序（进程）内。 不同进程的代码、内部数据和状态都是完全独立的，而一个程序内的多线程是共享同一块内存空间和同一组系统资源，有可能互相影响。 线程本身的数据通常只有寄存器数据，以及一个程序执行时使用的堆栈，所以线程的切换比进程切换的负担要小。,1、多线程基本概念,1、多线程基本概念,1、多线程基本概念,多线程的优势： 多线程编程简单，效率高（能直接共享数据和资源，多进程不能） 适合于开发服务程序（如web服务，聊天服务等） 适合于开发有多种交互接口的程序（如聊天程序的客户端，网络下载工具） 适合于有人机交互又有计算量的程序（如字处理程序word，excel）,java线程,每个java程序都有一个默认的主线程。 java应用程序总是从主类的main方法开始执行。当jvm加载代码，发现main方法之后，就会启动一个线程，这个线程称做“主线程”，该线程负责执行main方法。那么，在main方法的执行中再创建的线程，就称为程序中的其他线程。 如果main方法中没有创建其他的线程，那么当main方法执行完最后一个语句，即main方法返回时，jvm就会结束java应用程序。 如果main方法中又创建了其他线程，那么jvm就要在主线程和其他线程之间轮流切换，保证每个线程都有机会使用cpu资源。 main方法即使执行完最后的语句（主线程结束），jvm也不会结束程序，jvm一直要等到程序中的所有线程都结束之后，才结束java应用程序。,java线程,多线程和传统的单线程在程序设计上最大的区别在于，由于各个线程的控制流彼此独立，使得各个线程之间的代码是乱序执行的，由此带来线程调度、同步等问题需要解决。,jvm轮流调度主线程和其他线程,java线程,虽然各种操作系统（unix/linux、windows系列等）都支持多线程，但若要用c、c+或其他语言编写多线程程序是十分困难的，因为它们对数据同步的支持不充分。 对多线程的综合支持是java语言的一个重要特色，它提供了thread类来实现多线程。在java中，线程可以认为是由三部分组成的： 虚拟cpu，封装在java.lang.thread类中，它控制着整个线程的运行； 执行的代码，传递给thread类，由thread类控制顺序执行； 处理的数据，传递给thread类，是在代码执行过程中所要处理的数据。,2、创建线程的方式,java的线程是通过java的软件包java.lang中定义的类thread来实现的。当生成一个thread类的对象之后，就产生了一个线程，通过该对象实例，可以启动线程、终止线程、或者暂时挂起线程等。,2、创建线程的方式,thread类本身只是线程的虚拟cpu； 线程所执行的代码（或者说线程所要完成的功能）是通过方法run( )（包含在一个特定的对象中）来完成的，方法run( )称为线程体。实现线程体的特定对象是在初始化线程时传递给线程的。 在一个线程被建立并初始化以后，java的运行时系统就自动调用run( )方法，正是通过run( )方法才使得建立线程的目的得以实现。 通常，run( )方法是一个循环，例如一个播放动画的线程要循环显示一系列图片。有时，run( )方法会执行一个时间较长的操作，例如下载并播放一个电影。,先来看看线程对象的初始化，类thread的构造方法如下： public thread( threadgroup group, runnable target, string name) group指明了线程所属的线程组； target是线程体run()方法所在的对象； name是线程的名称。 target必须实现接口runnable。在接口runnable中只定义了一个方法void run()作为线程体。任何实现接口runnable的对象都可以作为一个线程的目标对象。 类thread本身也实现了接口runnable（空实现），因此，上述构造方法中各参数都可以为null。,2、创建线程的方式,从thread类的构造方法可以看出，用户可以有两种方法构造自己的run( )方法。 方法一： 定义一个线程类，它继承类thread并重写其中的方法run()。这时在初始化这个类的实例时，目标对象target可以为null，表示这个实例本身具有线程体。由于java只支持单继承，用这种方法定义的类不能再继承其他类。,2、创建线程的方式,class openwebsite public void execute(string url) system.out.println(“成功连接网站：“ + url); class openmp3 public void execute(string file) system.out.println(“正在播放歌曲：“ + file); public class example public static void main(string args) system.out.println(“开始上网“); openwebsite web = new openwebsite(); web.execute(““); system.out.println(“开始听歌“); openmp3 mp3 = new openmp3(); mp3.execute(“c:/海阔天空.mp3“); system.out.prntln(“主线程结束！“); ,单线程示例:,class openwebsite extends thread public string url; public void seturl(string url) this.url = url; public void run() system.out.println(“成功连接网站：“ + url); class openmp3 extends thread public string file; public void setfile(string file) this.file = file; public void run() system.out.println(“正在播放歌曲：“ + file); ,多线程示例(方法一):,public class example public static void main(string args) system.out.println(“开始上网“); openwebsite web = new openwebsite(); web.seturl(““); web.start(); system.out.println(“开始听歌“); openmp3 mp3 = new openmp3(); mp3.setfile(“c:/海阔天空.mp3“); mp3.start(); system.out.println(“主线程结束！“); ,方法二： 提供一个实现接口runnable的类作为线程的目标对象。在初始化一个thread类或子类生成线程实例时，把目标对象传递给这个线程实例，由该目标对象提供线程体run()方法。这时，实现接口runnable的类还可以再继承其他类，即实现接口runnable的类可以不单纯是提供线程体。,2、创建线程的方式,class openwebsite implements runnable public string url; public void seturl(string url) this.url = url; public void run() system.out.println(“成功连接网站：“ + url); class openmp3 implements runnable public string file; public void setfile(string file) this.file = file; public void run() system.out.println(“正在播放歌曲：“ + file); ,多线程示例(方法二):,public class example public static void main(string args) system.out.println(“开始上网“); openwebsite web = new openwebsite(); web.seturl(““); thread t1 = new thread(web); t1.start(); system.out.println(“开始听歌“); openmp3 mp3 = new openmp3(); mp3.setfile(“c:/海阔天空.mp3“); thread t2 = new thread(mp3); t2.start(); system.out.println(“主线程结束！“); ,run ()方法是运行线程的主体，启动线程时，由java直接调用public void run()。 使用runnable接口可以将线程的虚拟cpu、代码和数据分开，形成一个比较清晰的模型。 使用runnable接口使得包含线程体的类还可以继承其他类。 直接继承thread类以后不能再继承其他类，但编写简单，并可直接操纵线程；使用runnable接口时，若要在run()方法中操纵线程，必须使用thread.currentthread()方法。 在具体应用中，采用哪种方法来构造线程体要根据具体情况而定。通常，当一个线程体所在的类已经继承了另一个类时，就应该用实现runnable接口的方法。,2、创建线程的方式,2、创建线程的方式,thread类的方法 void run() 线程所执行的代码 void start() throws illegalthreadstateexception 使程序开始执行，多次调用会产生例外 void sleep(long milis) 让线程睡眠一段时间，此期间线程不消耗cpu资源 void interrupt() 中断线程 static boolean interrupted() 判断当前线程是否被中断（会清除中断状态标记） boolean isinterrupted() 判断指定线程是否被中断,线程状态控制方法,2、创建线程的方式,thread类的方法 boolean isalive() 判断线程是否处于活动状态（即已调用start，但run还未返回） static thread currentthread() 返回当前线程对象的引用 void setname(string threadname) 改变线程的名字 string getname() 获得线程的名字 string tostring() 例子：threadthread-0,1,test void join(long millis, int nanos) 等待线程结束,2、创建线程的方式,thread类的方法 void destroy() 销毁线程 void stop() 终止线程的执行 void suspend() / void resume() 挂起线程 / static void yield() 暂停当前线程，让其他线程执行 void setdaemon(boolean on) / void setpriority(int p) 守护线程设置 notify() / notifyall() / wait() 从object继承而来,3、 线程的生命周期及控制,线程是程序内部的一个顺序控制流，它具有一个特定的生命周期。在一个线程的生命周期中，它总处于某一种状态中。线程的状态表示了线程正在进行的活动以及在这段时间内线程能完成的任务。,3、线程的生命周期及控制,3、线程的生命周期及控制,创建状态（new thread） 当创建了一个新的线程时（ mythread thd = new mythread(); ），它就处于创建状态，此时它仅仅是一个空的线程对象，系统不为它分配资源。处于这种状态时只能启动或终止该线程，调用除这两种以外的其它线程状态相关的方法都会失败并且会引起非法状态例外illegalthreadstateexception（对于其它状态，若所调用的方法与状态不符，都会引起非法状态例外）。,可运行状态（runnable） 当线程处于创建状态时，可以调用start()方法（ thd.start(); ）来启动它，产生运行这个线程所需的系统资源，安排其运行，并调用线程体run()方法，这样就使得该线程处于可运行( runnable )状态。 需要注意的是这一状态并不是运行中状态（running )，因为线程也许实际上并未真正运行（ready）。由于很多计算机都是单处理器的，所以要在同一时刻运行所有的处于可运行状态的线程是不可能的，java运行系统必须实现调度来保证这些线程共享处理器。但是在大多数情况下，可运行状态也就是运行中。当一个线程正在运行时，它是可运行的，并且也是当前正运行的线程。,3、线程的生命周期及控制,3、线程的生命周期及控制,不可运行状态（not runnable） 线程处于可运行状态时，当下面四种情况发生，线程就进入不可运行状态： 调用了sleep()方法； 调用了suspend()方法； 为等候一个条件变量，线程调用wait()方法； 输入输出流中发生线程阻塞。,thread mythread = new mythreadclass(); mythread.start(); try mythread.sleep(10000); catch (interruptedexception e) ,不可运行状态（not runnable） 对于这四种使得线程处于不可运行状态的情况，都有特定的方法使线程返回可运行状态： 如果线程处于睡眠状态中，sleep()方法中的参数为休息时间，当这个时间过去后，线程即为可运行的； 如果一个线程被挂起，须调用resume()方法来返回； 如果线程在等待条件变量，那么要停止等待的话，需要该条件变量所在的对象调用notify()或notifyall()方法; 如果在i/o流中发生线程阻塞，则特定的i/o指令将结束这种不可运行状态。 需要注意的是每种方法都仅仅对相应的情况才有作用，例如当一个线程睡眠并且睡眠时间还没有结束时，调用resume()方法是无效的，并且还会引起非法状态例外。,3、 线程的生命周期及控制,死亡状态（dead） 线程的终止一般可通过两种方法实现：自然撤消或是被停止。自然撤消是指从线程的run()方法正常退出；而调用线程的实例方法stop()则可以强制停止当前线程。,3、线程的生命周期及控制,/线程自然撤销 public void run() int i = 0; while (i 100) i+; system.out.println(“i = “ + i); ,/线程被强行停止 mythread thd = new mythread(); thd.start( ); try thd.sleep(10000); catch (interruptedexception e) thd.stop( );,3、线程的生命周期及控制,可以通过在其他线程中调用stop()方法来终止线程，也可以由线程自己调用stop()方法，自我终止。 如果希望线程正常终止，可采用标记来使线程中的run()方法退出。,/线程自我终止 public void run() while ( true ) /完成线程的特定功能 if( time_to_die ) thread.currentthread().stop(); ,public class xyz implements runnable private boolean timetoquit = false； public void run() while( !timetoquit ) public void stoprunning() timetoquit = true; ,3、线程的生命周期及控制,public class controlthread private xyz r = new xyz(); private thread t = new thread(r); public void startthread() t.start(); stopthread(); publi void stopthread() r.stoprunning(); ,3、线程的生命周期及控制,isalive()方法：可以用来判断线程目前是否正在执行中。如果线程已被启动并且未被终止，那么isalive( )返回true，但该线程是可运行或是不可运行的，是不能作进一步的分辨。如果返回false，则该线程是新创建或是已被终止的（同样不能作进一步的分辨）。 join()方法：等待线程执行完毕。 yield()方法：将执行的权力交给其它优先级相同的线程，当前执行线程到可运行线程队列（ready）的最后等待，若队列空，该方法无效。,mythread thd = new mythread(); thd.start(); thd.join(); /等待线程thd执行完后再继续往下执行 ,join(int time)：最多等待time所指定的时间。,sleep()方法可以暂停线程的执行，让其它线程得到机会。但sleep()要丢出例外interruptedexception ，必须抓住。 try sleep(100) catch(interruptedexception e) /本例外可不作处理 suspend()方法和resume()可以用来暂停线程或恢复线程。可以由线程自身在线程体中调用suspend()方法暂停自己，也可以在其他线程中通过线程实例调用suspend()方法暂停线程的执行。但是要恢复由suspend()方法暂停的线程，只能在其他线程中通过线程实例调用resume()方法。,3、线程的生命周期及控制,java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入可运行状态的所有线程。线程调度器按照线程的优先级决定调度哪些线程来执行，具有高优先级的线程会在较低优先级的线程之前得到执行。同时线程的调度是抢先式的，即如果当前线程在执行过程中，一个具有更高优先级的线程进入可执行状态，则该告优先级的线程会被立即调度执行。 多个线程运行时，若线程的优先级相同，由操作系统按时间片轮转方式或独占方式来分配线程的执行时间。,4、线程的优先级及调度,在java中线程的优先级是用数字来表示的，分为三个级别： 低优先级：thread.min_priority，数值为1 (24) 缺省优先级： thread. norm_priority，数值为5 高优先级：thread.max_priority，数值为10 (69) 具有相同优先级的多个线程，若它们都为高优先级thread.max_priority，则每个线程都是独占式的，也就是说这些线程将被顺序执行；若该优先级不为高优先级，则这些线程将同时执行，也就是说这些线程的执行是无序的。 线程被创建后，其缺省的优先级是缺省优先级thread. norm_priority。可以用方法 int getpriority()来获得线程的优先级，同时也可以用方法 void setpriority( int p ) 在线程被创建后改变线程的优先级。,4、线程的优先级及调度,4、线程的优先级及调度,线程离开执行状态， 如果： 线程结束 线程处于i/o等待 线程调用sleep 线程调用wait 线程调用join 线程调用yield 有更高优先级的线程 时间片用完,8.7 线程同步,java使我们可以创建多个线程，在处理多线程问题时，我们必须注意这样一个问题：当两个或多个线程同时访问同一个变量，并且一个线程需要修改这个变量。我们应对这样的问题作出处理，否则可能发生混乱。比如，当一个线程正在修改文件的内容时，如果另一个线程也要修改同样的文件，就会出现混乱的局面。 在处理线程同步时，要做的第一件事就是要把修改数据的方法用关键字：synchronized来修饰。一个方法使用关键字synchronized修饰后，如果一个线程a占有cpu资源期间，使得该方法被调用执行，那么在该同步方法返回之前，即同步方法调用执行完毕之前，其他占有cpu资源的线程一旦调用这个同步方法就会引起堵塞，堵塞的线程要一直等到堵塞的原因消除（同步方法返回），再排队等待cpu资源，以便使用这个同步方法。,8.8 在同步方法中使用wait()、notify和notifyall,wait（）、notify（）和notifyall（）都是object类中的final方法，被所有的类继承，且不允许重写的方法。 当一个线程使用的同步方法中用到某个变量，而此变量又需要其它线程修改后才能符合本线程的需要，那么可以在同步方法中使用wait（）方法。使用wait（）方法可以中断方法的执行，使本线程等待，暂时让出cpu的使用权，并允许其它线程使用这个同步方法。其它线程如果在使用这个同步方法时不需要等待，那么它使用完这个同步方法的同时，应当用notifyall（）方法通知所有的由于使用这个同步方法而处于等待的线程结束等待。,在下面的例子中，为了避免复杂数学算法，我们模拟3个人排队买票，每人买1张票。售票员只有1张五元的钱，电影票五元钱一张。张某拿1张二十元的人民币排在孙某前面买票，孙某拿1张十元的人民币排在赵的前面买票，赵某拿1张五元的人民币排在最后。,返回,张某,孙某,赵某,20元,10元,5元,售票员,5元,/售票员 class ticketseller int fivenumber,tennumber, twentynumber; public ticketseller(int fivenumber, int tennumber, int twentynumber) this.fivenumber = fivenumber; this.tennumber = tennumber; this.twentynumber = twentynumber; public synchronized void sellticket(string customer,int receivemoney) /略 ,public synchronized void sellticket(string customer,int receivemoney) while(true) if (receivemoney = 5) fivenumber+; break; else if (receivemoney = 10) if (fivenumber = 1) fivenumber-; tennumber+; break; else if (receivemoney = 20) if (tennumber =1 ,/顾客 class customer extends thread public string name; public int money; public ticketseller seller; public customer(string name, int money, ticketseller seller) = name; this.money = money; this.seller = seller; public void run() seller.sellticket(name,money); ,public class example public static void main(string args) /创建售票员对象 ticketseller seller = new ticketseller(1,0,0); /创建三个顾客对象 thread zhang = new customer(“张某“,20,seller); zhang.start(); thread sun = new customer(“孙某“,10,seller); sun.start(); thread zhao = new customer(“赵某“,5,seller); zhao.start(); ,8.9 线程联合,一个线程a在占有cpu资源期间，可以让其它线程调用join（）和本线程联合， 如： b.join(); 我们称a在运行期间联合了b。如果线程a在占有cpu资源期间一旦联合b线程，那么a线程将立刻中断执行，一直等到它联合的线程b执行完毕，a线程再重新排队等待cpu资源，以便恢复执行。如果a准