第10章 多线程机制

第十章多线程机制,本章的任务：理解Java的多线程机制，编写多线程程序。,本章主要内容：,1.多线程的概念2.创建线程3.线程的优先级4.线程的调度与控制,10.1多线程的概念,为了理解线程的概念，先来了解程序、进程和多任务的概念。,10.1.1程序、进程和多任务,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。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。,10.1.2线程,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。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。,10.1.3多线程,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，系统创建多线程花费单价较小。因此，也称线程为轻负荷进程。,10.1.4线程的生命周期与Java的多线程机制,1线程的生命周期与状态同进程一样，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。线程有创建（New）、可运行（Runnable）、运行中（Running）、挂起（NotRunnable）、死亡（Dead）五种状态。2Java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。,10.2创建线程,如何编写一个带有多线程的程序呢？一种方法是通过继承线程类Thread来创建线程类，；另一个方法是建立一个实现Runnable接口的类来创建线程。,10.2.1通过继承Thread类创建线程,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。运行结果如图所示。,classThread1publicstaticvoidmain(Stringargs)testThreadt1=newtestThread(thread1);testThreadt2=newtestThread(thread2);t1.start();t2.start();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);,说明：,（1）Application应用程序运行时总是调用main方法。（2）从输出的结果可以看出两个线程的名字是交替显示的。（3）由继承Thread创建的子类，必须覆盖run方法,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,10.2.2通过Runnable接口创建线程,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。,例10.2通过Runnable接口运行线程。运行结果如图所示。,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;,说明1：,（1）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();（2）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();（3）设计Thread的run方法。,说明2：通过例10.2可以了解如何结束一个无限循环的线程。,一般设计线程自然结束。如例10.1通过定义循环次数自然结束线程。在例10.2中，进入循环的条件是clockThread=myThread，怎样结束线程呢？当把这个Applet嵌入网页后，用户关闭这个网页时，Applet的stop方法将被调用：publicvoidstop()clockThread=null;在这里clockThread被赋值null，破坏了循环条件，因此循环终止，结束线程。,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。,10.3线程的优先级,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它相对其它Runnable线程的优先级。,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，缺省优先级（值为5）。,例10.3线程优先级的使用。运行结果如图所示。,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!);,10.4线程的调度与控制,10.4.1线程类的方法1.线程的类方法以下是Thread类的静态方法，即可以直接从Thread类调用。CurrentThread()返回正在运行的Thread对象名称sleep(intn)让当前线程休眠n毫秒,2实例方法,activeCount()返回该线程组中当前激活的线程的数目checkAccess()检测当前线程是否可以被修改destroy()终止一个线程，不清除其他相关内容getName()返回线程的名称getPriority()返回线程的优先级interrupt()向一个线程发送一个中断信息interrupted()检查该线程是否被中断isAlive()检查线程是否处于激活状态isDaemon()检查该线程是否常驻内存isInterrupted()检查另一个线程是否被中断,10.4.2控制线程的状态,1挂起一个线程2停止一个线程3线程休眠4连接线程5暂停线程6中断线程7了解线程的状态,10.5线程的同步机制与共享资源,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，也不用关心其它线程的状态和行为。但有时一些同时运行的线程需要共享数据，例如两个线程同时存取一个数据流，其中一个对数据进行了修改，而另一个线程使用的仍是原来的数据，这就带来了数据不一致问题。因此，编程时必须考虑其它线程的状态和行为，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，其它线程则不能同时调用同一个对象的同步化方法。,例10.4生产者和消费者线程同步化问题。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0100毫秒，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;i10;i+)value=shared.get();System.out.println(消费者+this.number+得到的数据为：+value);,3共享资源对象,publicclassShareprivateintcontents;publicintget()returncontents;publicvoidput(intvalue)contents=value;,4主程序,publicclassPCTestpublicstaticvoidmain(Stringargs)Shares=newShare();Producerp=newProducer(s,1);Consumerc=newConsumer(s,1);p.start();c.start();,5改写后的程序对共享资源对象实现同步化,publicclassShareprivateintcontents;privatebooleanavailable=false;publicsynchronizedintget()while(available=false)trywait();catch(InterruptedExceptione)available=false;notifyAll();returncontents;,publicsynchronizedvoidput(intvalue)while(available=true)trywait();catch(InterruptedExceptione)contents=value;available=true;notifyAll();,10.6何时使用多线程及注意问题,当你考虑到多线程时，你立刻会想到某些任务是可以使用多线程，例如数据计算、数据库查询，以及输入的获得。因为这些任务通常都被认为是后台任务，不直接与用户打交道。在这些任务中，你当然可以使用多线程。那么还有