Java语言实用教程第10章.pptVIP

第10章多线程机制,10.1多线程的概念10.2创建线程10.3线程的优先级10.4线程的控制10.5线程的同步机制与共享资源10.6何时使用多线程及注意问题习题,程序（program）是对数据描述与操作的代码的集合，是应用程序执行的脚本。进程（process）是程序的一次执行过程，是操作系统运行程序的基本单位。程序是静态的，进程是动态的。系统运行一个程序就是一个进程从创建、运行到消亡的过程。系统可以为一个程序同时创建多个进程。每一个进程都有自己独立的一块内存空间和一组系统资源，即使同类进程之间也不会共享系统资源。,10.1多线程的概念10.1.1程序、进程和多任务,多任务是指在一个系统中可以同时运行多个程序，即有多个独立运行的任务，每一个任务对应一个进程。由于一个CPU在同一时刻只能执行一个程序中的一条指令。实际上，多任务运行的并发机制使这些任务交替运行，因间隔时间短，所以感觉就是多个程序在同时运行。,运行一个程序时，程序内部的代码都是按顺序先后执行的。如果能够将一个进程划分为更小的运行单位，则程序中一些彼此相对独立的代码段可以重叠运行，将会获得更高的执行效率。线程就是解决这个问题的。线程是比进程更小的运行单位，是程序中单个顺序的流控制。一个进程中可以包含多个线程。线程是一种特殊的多任务方式。当一个程序执行多线程时，可以运行两个或更多的由同一个程序启动的任务。这样，一个程序可以使得多个活动任务同时发生。,10.1.2线程,线程与任何一个程序一样有一个开始、一系列可执行的命令序列、一个结束。在执行的任何时刻，只有一个执行点。线程与程序不同的是线程本身不能运行，它只能包含在程序中，只能在程序中执行。一个线程在程序运行时，必须争取到为自己分配的系统资源，如执行堆栈、程序计数器，等等。,多线程是相对于单线程而言的，指的是在一个程序中可以定义多个线程并同时运行它们，每个线程可以执行不同的任务。与进程不同的是，同类多线程共享一块内存空间和一组系统资源，所以，系统创建多线程开销相对较小。因此，也称线程为轻负荷进程。多线程和多任务是两个既有联系又有区别的概念。多任务是针对操作系统而言的，代表着操作系统可以同时执行的程序个数；多线程是针对一个程序而言的，代表着一个程序内部可以同时执行的线程个数，而每个线程可以完成不同的任务。,10.1.3多线程,1.线程的生命周期与状态一个线程也有从创建、运行到消亡的过程，称为线程的生命周期。使用线程的状态表明线程处于生命周期的哪个阶段。线程有创建（New）、可运行（Runnable）、运行中（Running）、挂起（NotRunnable）、死亡（Dead）5种状态。通过线程的控制和调度可使线程在这几种状态间转化。Java语言内在支持多线程，所有的类都是在多线程思想下定义的。Java的每个程序自动拥有一个线程，称为主线程。当程序加载到内存时，启动主线程。要加载其他线程，程序就要使用Thread类（专门用来创建和控制线程的类）或Runnable接口。,10.1.4线程的生命周期与Java的多线程机制,2.Java的多线程机制java.lang中的线程类Thread封装了所有需要的线程操作控制，有很多方法用来控制一个线程的运行、休眠、挂起或停止。这就是Java的多线程机制。使用Java的多线程机制编程可将程序的任务分解为几个并行的子任务，通过线程的并发执行来加速程序运行，提高CPU的利用率。,例10.1在程序中通过继承Thread类创建一个线程子类testThread，通过Thread1主类同时运行两个线程对象t1和t2，运行结果如图10.1所示。classThread1publicstaticvoidmain(Stringargs)testThreadt1=newtestThread(thread1);testThreadt2=newtestThread(thread2);t1.start();t2.start();,10.2创建线程10.2.1通过继承Thread类创建线程,classtestThreadextendsThreadpublictestThread(Stringstr)super(str);/调用父类的构造方法为线程对象命名publicvoidrun()for(inti=0;i3;i+)System.out.println(getName()+在运行);trysleep(1000);/用休眠1000毫秒来区分哪个线程在运行System.out.println(getName()+在休眠);catch(InterruptedExceptione)System.out.println(getName()+已结束);,图10.1,（1）Application应用程序运行时总是调用main方法，因此main是创建和启动线程对象的地方。main本身也是一个线程，是程序自动拥有的一个线程，称为主线程。在main方法中创建了两个testThread线程对象：t1与t2，并在创建后马上调用start方法启动了这两个线程。（2）从输出的结果可以看出两个线程的名字是交替显示的，这是因为两个线程是同步的，于是，两个run方法也同时被执行。线程语句的顺序只是决定于线程执行的顺序，线程的执行顺序是由系统调度和控制的。,（3）由继承Thread创建的子类，必须覆盖run方法，因为Thread线程类的run方法是空的。run是线程类的关键方法，线程的所有活动都是通过它来实现的。当调用线程对象时系统就自动调用其run方法，正是通过run方法才使创建线程的目的得以实现。run方法的作用如同Application应用程序的main方法一样。由例子可以看出，创建线程对象，就是设计run方法。一旦启动线程对象，就进入run方法，便执行run中的所有语句，run方法执行完毕，这个线程也就结束了。,通过Thread类创建线程子类的格式为：class线程的类名extendsThreadpublicvoidrun()程序语句,当一个类是从其他类继承时，如继承Applet类。此时就不能再继承Thread类来创建线程，这时可以通过接口Runnable直接创建线程对象。接口Runnable是一个抽象接口，接口中只声明了一个未实现的run方法。,10.2.2通过Runnable接口创建线程,例10.2通过Runnable接口运行线程，运行结果如图10.2所示。importjava.awt.*;importjava.applet.Applet;importjava.util.*;importjava.text.DateFormat;publicclassClock2extendsAppletimplementsRunnableThreadclockThread=null;publicvoidinit()setBackground(Color.blue);setForeground(Color.yellow);publicvoidstart()if(clockThread=null)clockThread=newThread(this,Clock2);clockThread.start();,publicvoidrun()ThreadmyThread=Thread.currentThread();while(clockThread=myThread)repaint();tryThread.sleep(1000);catch(InterruptedExceptione)publicvoidpaint(Graphicsg)Datedate=newDate();DateFormatformatter=DateFormat.getTimeInstance();Stringstr=formatter.format(date);g.drawString(str,5,10);,publicvoidstop()clockThread=null;图10.2通过例10.2可以了解通过接口创建线程对象是通过Thread类直接创建线程对象的。,在Applet的start方法中用new操作符创建了一个线程对象clockThread：clockThread=newThread(this,Clock2);clockThread.start();此时，线程clockThread处于NewThread创建状态，是一个空线程，因为还没有为它分配系统资源。处于创建状态的线程除了可以调用start方法开始线程外，不能调用其他方法，否则将产生IllegalThreadStateException异常。,调用线程的start方法后，将为线程分配系统资源，并将线程加入线程队列，然后调用run方法运行线程。此时，线程转入Runnable可运行状态。由于大部分计算机只有一个CPU，不可能同时运行所有处于Runnable状态的线程，于是Java虚拟机就建立了一个线程队列，让这些线程以排队的方式轮流使用CPU。在实现接口Runnable的run方法中，又通过Thread.currentThread方法创建了一个当前运行的线程对象myThread：ThreadmyThread=Thread.currentThread();,设计Thread的run方法。因为Thread的run方法是空方法，而run方法是完成线程任务的根本途径，本例中通过接口Runnable来实现run方法的具体设计：首先创建一个线程对象myThread，然后根据判断条件如果当前线程是clockThread，就进入循环。在循环中先执行repaint方法，它将调用paint显示系统时间。然后令线程休眠1000毫秒，此时线程将停止运行。休眠结束时线程被唤醒，如果CPU可用，就会继续运行这个线程，否则将排队等待。由本例可知，接口Runnable只是提供了一个可以实现run方法的途径。,两种创建线程方法的比较：（1）由继承Thread类创建线程对象简单方便，可以直接操作线程，但不能再继承其他类；（2）在继承其他类的类中可用Runnable接口创建线程对象。可保持程序风格的一致性。,大部分计算机都是一个CPU，一个时刻只能运行一个线程。如果有多个线程处于可运行状态，需要排队等待CPU资源，此时线程自动获得一个线程的优先级，CPU资源分配是根据“先到先服务”的原则确定的。Java为了使有些线程可以提前得到服务，可给线程设置优先级。在单个CPU上运行多线程时采用了线程队列技术，Java虚拟机支持固定优先级队列，一个线程的执行顺序取决于其相对其他Runnable线程的优先级。,10.3线程的优先级,线程在创建时，继承了父类的优先级。线程创建后，可以在任何时刻调用setPriority方法改变线程的优先级。优先级为110，Thread定义了其中3个常数：（1）MAX_PRIORITY，最大优先级（值为10）。（2）MIN_PRIORITY，最小优先级（值为1）。（3）NORM_PRIORITY，默认优先级（值为5）。,例10.3线程优先级的使用情况如图10.3所示。图10.3,classThread2extendsThreadpublicstaticvoidmain(Stringargs)Thread2t=newThread24;for(inti=0;i4;i+)ti=newThread2();for(inti=0;i4;i+)ti.start();t1.setPriority(MIN_PRIORITY);t3.setPriority(MAX_PRIORITY);publicvoidrun()for(inti=0;i1000000;i+);System.out.println(getName()+线程的优先级是+getPriority()+已计算完毕!);,通过线程的方法可以控制线程的状态。1.挂起一个线程如果要暂停一个线程可使用suspend()方法：t1.suspend()，t1为线程对象实例名称。在想运行线程时，用resume()方法重新激活线程：t1.resume()。2.停止一个线程用stop()方法可以停止线程的执行：t1.stop()。注意：这并没有消灭这个线程，只是停止了线程的执行。但这个线程不能用t1.start()重新启动。,10.4线程的控制,3.线程休眠如果让线程停止运行几毫秒可使用sleep(long)方法，上面已经提到。4.连接线程join()方法可以中止当前线程，等待调用该方法的线程完成后再继续本线程。5.暂停线程调用yield()方法可以暂停当前运行线程运行，但处于可运行状态。其他线程可照样运行。若无其他线程运行，则继续运行该线程。,6.中断线程如果要中断一个运行中的线程可使用interrupt()方法：errupt()。要运行该线程可使用t1.start()重新启动。7.了解线程的状态如果要知道线程处于什么状态，可通过线程的isAlive()方法来了解，它将返回线程当前的状态。如果返回值为true，说明线程处于Runnable或NotRunnable状态；如果返回值为false，说明线程处于NewThread或Dead状态。该方法无法进一步区分具体状态。,前面的线程例子都是独立的，而且异步执行，也就是说每个线程都包含了运行时所需要的数据和方法，不需要外部资源，也不用关心其他线程的状态和行为。但有时一些同时运行的线程需要共享数据。因此，编程时必须考虑其他线程的状态和行为，以解决资源共享问题。Java提供了同步设定功能。共享对象可将自己的成员方法定义为同步化（synchronized）方法，通过调用同步化方法来执行单一线程，其他线程则不能同时调用同一个对象的同步化方法。,10.5线程的同步机制与共享资源,例10.4生产者和消费者线程同步化问题示例。使用某种资源的线程称为消费者，产生或释放这个资源的线程称为生产者。生产者生成10个整数（09），存储到一个共享对象中，并把它们打印出来。每生成一个数就随机休眠0100ms，然后重复这个过程。一旦这10个数可以从共享对象中得到，消费者将尽可能快地消费这10个数，即把它们取出后打印出来。这个模型由4个程序组成。,1.生产者程序publicclassProducerextendsThreadprivateShareshared;privateintnumber;publicProducer(Shares,intnumber)shared=s;this.number=number;publicvoidrun()for(inti=0;i10;i+)shared.put(i);System.out.println(生产者+this.number+输出的数据为：+i);trysleep(int)(Math.random()*100);catch(InterruptedExceptione),2.消费者程序publicclassConsumerextendsThreadprivateShareshared;privateintnumber;publicConsumer(Shares,intnumber)shared=s;this.number=number;publicvoidrun()intvalue=0;for(inti=0;ii)value=value-i;/取走时,value值减少else/账户金额不够所取时i=value;value=0;/取走全部所余金额returni;inthowmatch()/查看账户上现有金额方法returnvalue;,classSaveextendsThread/存款线程privateAccount1a1;privateintamount;publicSave(Account1a1,intamount)this.a1=a1;this.amount=amount;publicvoidrun()synchronized(a1)/锁定账户对象intk=a1.howmatch();trysleep(1);/花费时间catch(InterruptedExceptione)System.out.println(e);a1.put(amount);System.out.println(现有+k+,存入+amount+,余额+a1.howmatch();publicstaticvoidmain(Stringargs),Account1a1=newAccount1();(newSave(a1,100).start();(newSave(a1,200).start();(newFetch(a1,500).start();classFetchextendsThread/取款线程privateAccount1a1;privateintamount;publicFetch(Account1a1,intamount)this.a1=a1;this.amount=amount;publicvoidrun()synchronized(a1)/锁定账户对象intk=a1.howmatch();trysleep(1);/花费时间catch(InterruptedExceptione),System.out.println(e);System.out.println(现有+k+,取走+a1.get(amount)+,余额+a1.howmatch();,在这里使用的同步方法非常简单，仅使用了synchronized关键字锁定了账户对象a1，保证同一时间内只有一个线程可以获取这个对象。使用synchronized关键字锁定对象资源后，只有在该线程获得共享资源对象后，方可运行。任何时刻都只有一个获得共享资源对象的程序在运行，其他线程在获得共享资源对象前处于等待状态。这种方式称为“同