Java面向对象程序设计案例教程（第二版） 课件 第10章 多线程

第10章多线程《Java面向对象程序设计案例教程（第2版）》目录/Contents10.110.210.3线程基础与创建线程生命周期与操作线程同步与安全10.4

多线程性能优化10.5

多线程实践案例思政要点/Point团队合作

培养学生的团队合作精神和协同工作的能力，确保多线程环境中的有效沟通和协作。性能优化

提升资源管理和优化意识，提高多线程系统的整体性能。信息安全

提升法律意识和信息安全意识，确保多线程环境中的数据安全。创新思维

激发创新精神和持续学习的动力，关注多线程技术的最新发展。线程基础与创建10.1

线程就是在某种程度上相互隔离的、独立运行的程序。线程化是允许多个活动共存于一个进程的工具。大多数现代操作系统都支持线程，而且线程的概念以各种形式已存在了很多年。Java是第一个在语言本身中显式地包含线程的主流编程语言，它没有把线程化看作是底层操作系统工具。10.1.1线程的概念

每个Java程序都至少有一个线程——主线程。当一个Java程序启动时，JVM会创建主线程，并在该线程中调用程序的main()方法。JVM还创建了其他线程，但通常都看不到，例如与垃圾收集、对象中止和其他JVM内务处理任务相关的线程。其他工具也创建线程，如抽象窗口工具包(AWT)或SwingUI工具包、Servlet容器、应用程序服务器和远程方法调用(RMI)。图10-1所示为线程全部运行的状态图。10.1.2Java中的线程图10-1

线程状态转化图

使用线程的原因是它们可以使UI响应更快、利用多处理系统、简化建模。执行异步或后台处理、响应更快UI事件驱动的UI工具箱(如AWT和Swing)有一个时间线程，它处理UI事件，如按键或鼠标单击。SWT和Swing程序把事件监听器与UI对象连接。当特定事件(如单击按钮)发生时，这些监听器会得到通知。事件监听器是AWT事件线程中调用的。

如果事件监听器要执行持续很久的任务，如检查一个大文档中的拼写，事件线程将忙于运行拼写检查器，所以在完成事件监听器之前，就不能处理额外的UI事件。这就会使程序看起来似乎停滞了，让用户不知所措。要避免使UI延迟响应，事件监听器应该把较长的任务放到另一个编程中，这样AWT线程在任务的执行过程中就可以继续处理UI事件(包括取消正在执行的长时间运行任务的请求)。10.1.3使用线程的原因线程创建10.2

继承java.lang.Thread类，重写publicvoidrun()方法。示例代码如下：publicclassThread1extendsThread{//继承Thread类并重写run方法//该方法中重写在当前线程中需要运行的代码publicvoidrun(){for(inti=0;i<1000;i++){System.out.println(i);}}}10.2.1继承java.lang.Thread类创建线程的第一种方式实现java.lang.Runnable接口，实现run()方法。代码如下：publicclassRun1implementsRunnable{publicvoidrun(){for(inti=0;i<1000;i++){System.out.println(i);}}}

这种线程启动时和第一种方式不同，需要通过下面的代码完成：Run1run1=newRun1();Threadt1=newThread(run1);t1.start();10.2.2实现java.lang.Runnable接口创建线程的第二种方式线程的生命周期10.310.3.1创建和就绪状态

当我们用new运算符以后，就创建了一个线程的实例，创建完成以后该线程就处于新建状态，此时它就被Java虚拟机分配内存，并且会初始化其成员变量的值。此时线程只是处于实例状态，并不会执行线程体。当线程对象调用了start()方法之后，该线程就处于就绪状态，Java虚拟机会为其创建方法调用的栈，但是该线程只是处于就绪状态，并不会开始执行，只是代表该线程可以运行了，至于何时运行，取决于JVM里调度器的调度。10.3.2运行和阻塞状态

当一个线程开始运行后，它不可能一直处于运行状态，线程在运行过程中需要被中断，目的是让其他线程获得执行的机会。线程调度的细节取决于底层调度策略，系统会为每个线程分配一个微小的时间片段来处理任务，当时间用完后，系统会剥夺该线程所占用的资源，给其他线程执行的机会，至于下一个让哪个线程执行，会考虑线程的优先级。当出现下面的情况时，线程会进入阻塞状态。1.线程调用了sleep()方法。2.线程调用了一个阻塞的I/O方法，在该方法返回之前，线程被阻塞。3.线程在等待某个通知(notify)。

程序调用了线程的suspend()方法，将该线程挂起。10.3.3线程死亡

线程出现以下几种情况就会自动结束，结束后的线程处于死亡状态。1. run()方法执行完成，线程正常结束。2.线程出现了Exception或Error。3.直接调用了线程的stop()方法结束线程。如果想测试某个线程是否已经死亡，则可以调用线程的isAlive()方法。当线程处于就绪、运行、阻塞状态时，该方法将返回true；当线程处于新建、死亡状态时，该方法返回false。线程操作10.410.4.1join线程publicclassJoinThreadDemoextendsThread{//设置线程名publicJoinThreadDemo(Stringname){super(name);}//线程体publicvoidrun(){for(inti=0;i<100;i++){System.out.println(getName()+":"+i);}}publicstaticvoidmain(String[]args){//主线程开始for(inti=0;i<100;i++){if(i==20){//子线程被创建join线程使用示例JoinThreadDemodemo=newJoinThreadDemo("子线程被创建");try{//子线程就绪demo.start();//子线程加入主线程demo.join();}catch(InterruptedExceptione){//TODOAuto-generatedcatchblocke.printStackTrace();}}//显示当前线程名System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);}}}10.4.2后台线程1.后台线程会随着主线程的结束而结束，但是前台线程不会。或者说，只要一个前台进程未退出，进程就不会终止。2.默认情况下，程序员创建的线程是用户线程。用setDaemon(true)可以设置线程为后台线程。而用isDaemon()可以判断一个线程是前台线程还是后台线程。3. JVM的垃圾回收器其实就是一个后台线程。4. setDaemon()方法必须在start方法之前设定，否则会抛出IllegalThreadStateExcetion异常。后台线程的特点10.4.3线程睡眠1. staticvoidsleep(longmillis)：让当前正在执行的线程暂停millis(毫秒)，并且进入阻塞状态。该方法受到系统计时器和线程调度器的精度和准确度的影响。2.staticvoidsleep(longmillis,intnanos)：让当前正在执行的线程暂停millis(毫秒)加nanos(微秒)，并进入阻塞状态。这种过于精确的控制方法一般很少使用。当线程调用sleep()方法进入阻塞状态后，在其休眠时间段内，该线程不会获得执行的机会，即使系统中没有其他可执行的线程，处于sleep()中的线程也不会执行。因此，sleep方法常用来暂停线程的执行。sleep()两种重载形式10.4.4线程让步Thread.yield()方法的作用是：暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。yield()应该做的是让当前运行线程回到可运行状态，以允许具有相同优先级的其他线程获得运行机会。因此，使用yield()的目的是让相同优先级的线程之间能适当地轮转执行。但是，实际中无法保证yield()达到让步目的，因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。10.4.5线程优先级线程存在优先级，优先级范围为1～10。JVM线程调度程序是基于优先级的抢先调度机制。在大多数情况下，当前运行的线程优先级将大于或等于线程池中任何线程的优先级。当线程池中的线程都具有相同的优先级时，调度程序的JVM实现自由选择它喜欢的线程。这时候调度程序的操作有两种可能：一种是选择一个线程运行，直到它阻塞或者运行完成为止；另一种是时间分片，为线程池内的每个线程提供均等的运行机会。线程默认的优先级是创建它的执行线程的优先级。可以通过setPriority(intnewPriority)更改线程的优先级。例如：MyThreadt=newMyThread();t.setPriority(8);t.start();10.4.5线程优先级

线程优先级为1～10的正整数。JVM从不会改变一个线程的优先级。然而，1～10的值是没有保证的。一些JVM可能不识别10个不同的值，而将这些优先级进行每两个或多个合并，变成少于10个优先级，则两个或多个优先级的线程可能被映射为一个优先级。线程的默认优先级是5。Thread类中有三个常量定义线程优先级范围：1.staticintMAX_PRIORITY：线程可以具有的最高优先级。2.staticintMIN_PRIORITY：线程可以具有的最低优先级。 staticintNORM_PRIORITY：线程的默认优先级。线程同步10.510.5.1线程安全机制

多线程可以共享资源(文件、数据库、内存等)。当线程以并发模式访问共享数据时，共享数据可能会发生冲突。Java引入了线程同步的概念，以实现共享数据的一致性。线程同步机制能使多个线程有序地访问共享资源，而不是同时操作共享资源。

在线程异步模式的情况下，如果同一时刻有一个线程A在修改共享数据，另一个线程B在读取共享数据，当线程A没有处理完毕时，线程B肯定会得到错误的结果。如果采用多线程的同步控制机制，线程B会等待线程A修改完成后再进行数据读取。

锁机制的实现方式是在共享代码之前加入synchronized关键字。synchronized关键字可以修饰方法，也可以修饰变量。10.5.1线程安全机制

同步方法的语法格式如下。

class类名{publicsynchronized类型名称方法名称({....}}对于同步块，synchronized获取的是参数中的对象锁，格式如下。

synchronized(obj){......}

当线程执行到同步块时，必须获取obj对象的锁才能执行同步块;否则线程只能等待获得锁。值得注意的是，obj对象的作用范围不同，控制情况也不尽相同。伪代码示例如下。publicvoidmethod(){Objectobj=new0bject();//创建局部object类型对象objsynchronized(obj){//同步块//....}}10.5.2线程并发演示

一对夫妻拿着相同的银行卡号去银行取钱，一人拿着存折，另一人拿着银行卡。假如卡里有2000元钱，丈夫取了1500元，妻子在同一时间也取了1500元。如果取钱这段程序没有进行同步，也就是说这两个操作可以同时进行，当第一程序执行时，还没有把钱从卡里扣掉，妻子也可以从卡里取出1500元，即两个人从一张卡里取出3000元，这就涉及线程安全问题。如果这段代码进行同步，当存折和卡对应的同一账户被操作时，其余的线程再想去操作，只能等待，等前一个线程执行完毕，把钱从卡里扣除后，第二个线程再去操作，发现余额不足，钱就无法取出。例10-310.5.2线程并发演示

publicclassThreadTest{publicdoublemoney=2000;publicstaticvoidmain(String[]args){ThreadTestt=newThreadTest();t.qukuan();}

publicvoidqukuan(){MyThreadt1=newMyThread("丈夫",1500);MyThreadt2=newMyThread("妻子",1500);t1.start();t