第10章 多線程機(jī)制

第10章多線程機(jī)制本章的任務(wù)：理解Java的多線程機(jī)制編寫(xiě)多線程程序了解線程的調(diào)度和控制本章主要內(nèi)容：1.多線程的概念2.創(chuàng)建線程3.線程的調(diào)度與控制4.Java的線程同步機(jī)制與生產(chǎn)消費(fèi)模型10.1多線程的概念為了理解線程的概念，先來(lái)了解程序、進(jìn)程和多任務(wù)的概念。10.1.1程序、進(jìn)程和多任務(wù)程序（program）是對(duì)數(shù)據(jù)描述與操作的代碼的集合，是應(yīng)用程序執(zhí)行的腳本。進(jìn)程（process）是程序的一次執(zhí)行過(guò)程，是操作系統(tǒng)運(yùn)行程序的基本單位。程序是靜態(tài)的，進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的。多任務(wù)是指在一個(gè)系統(tǒng)中可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序，即有多個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的任務(wù)，每一個(gè)任務(wù)對(duì)應(yīng)一個(gè)進(jìn)程。10.1.2線程線程是比進(jìn)程更小的運(yùn)行單位，是程序中單個(gè)順序的流控制。一個(gè)進(jìn)程中可以包含多個(gè)線程。線程是一種特殊的多任務(wù)方式。當(dāng)一個(gè)程序執(zhí)行多線程時(shí)，可以運(yùn)行兩個(gè)或更多的由同一個(gè)程序啟動(dòng)的任務(wù)。線程與任何一個(gè)程序一樣有一個(gè)開(kāi)始、一系列可執(zhí)行的命令序列、一個(gè)結(jié)束。在執(zhí)行的任何時(shí)刻，只有一個(gè)執(zhí)行點(diǎn)。線程與程序不同的是線程本身不能運(yùn)行，它只能包含在程序中，只能在程序中執(zhí)行。10.1.3多線程多線程是相對(duì)于單線程而言的，指的是在一個(gè)程序中可以定義多個(gè)線程并同時(shí)運(yùn)行它們，每個(gè)線程可以執(zhí)行不同的任務(wù)。與進(jìn)程不同的是，同類(lèi)多線程共享一塊內(nèi)存空間和一組系統(tǒng)資源，所以，系統(tǒng)創(chuàng)建多線程花費(fèi)單價(jià)較小。因此，也稱線程為輕負(fù)荷進(jìn)程。10.1.4線程的生命周期與Java的多線程機(jī)制1．線程的生命周期與狀態(tài)同進(jìn)程一樣，一個(gè)線程也有從創(chuàng)建、運(yùn)行到消亡的過(guò)程，稱為線程的生命周期。線程有創(chuàng)建（New）、可運(yùn)行（Runnable）、運(yùn)行中（Running）、掛起（NotRunnable）、死亡（Dead）五種狀態(tài)。2．Java的多線程機(jī)制java.lang中的線程類(lèi)Thread封裝了所有需要的線程操作控制，有很多方法用來(lái)控制一個(gè)線程的運(yùn)行、休眠、掛起或停止。10.2創(chuàng)建線程對(duì)象如何編寫(xiě)一個(gè)帶有多線程的程序呢？☆一種方法是通過(guò)繼承線程類(lèi)Thread來(lái)創(chuàng)建線程類(lèi)，；☆另一個(gè)方法是建立一個(gè)實(shí)現(xiàn)Runnable接口的類(lèi)來(lái)創(chuàng)建線程。10.2.1通過(guò)繼承Thread類(lèi)創(chuàng)建線程例10.1在程序中通過(guò)繼承Thread類(lèi)創(chuàng)建一個(gè)線程子類(lèi)testThread，通過(guò)Thread1主類(lèi)同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)線程對(duì)象t1和t2。運(yùn)行結(jié)果如圖所示。classThread1{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){testThreadt1=newtestThread("thread1");testThreadt2=newtestThread("thread2");t1.start();t2.start();}}classtestThreadextendsThread{publictestThread(Stringstr){super(str);//調(diào)用父類(lèi)的構(gòu)造方法為線程對(duì)象命名

}

publicvoidrun(){for(inti=0;i<3;i++){System.out.println(getName()+"在運(yùn)行");try{sleep(1000);//用休眠1000毫秒來(lái)區(qū)分哪個(gè)線程在運(yùn)行

System.out.println(getName()+"在休眠");}catch(InterruptedExceptione){}}System.out.println(getName()+"已結(jié)束");}}說(shuō)明：（1）Application應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)總是調(diào)用main方法。（2）從輸出的結(jié)果可以看出兩個(gè)線程的名字是交替顯示的。（3）由繼承Thread創(chuàng)建的子類(lèi)，必須覆蓋run方法通過(guò)Thread類(lèi)創(chuàng)建線程子類(lèi)的格式為：

class線程的類(lèi)名extendsThread{

publicvoidrun(){

程序語(yǔ)句

}

}10.2.2通過(guò)Runnable接口創(chuàng)建線程當(dāng)一個(gè)類(lèi)是從其他類(lèi)繼承時(shí)，如繼承Applet類(lèi)。此時(shí)就不能再繼承Thread類(lèi)來(lái)創(chuàng)建線程，這時(shí)可以通過(guò)接口Runnable直接創(chuàng)建線程對(duì)象。接口Runnable是一個(gè)抽象接口，接口中只聲明了一個(gè)未實(shí)現(xiàn)的run方法。例10.2通過(guò)Runnable接口運(yùn)行線程。運(yùn)行結(jié)果如圖所示。importjava.awt.*;importjava.applet.Applet;importjava.util.*;importjava.text.DateFormat;publicclassClock2extendsAppletimplementsRunnable{ThreadclockThread=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();try{Thread.sleep(1000);}catch(InterruptedExceptione){}}}

publicvoidpaint(Graphicsg){Datedate=newDate();DateFormatformatter=DateFormat.getTimeInstance();Stringstr=formatter.format(date);g.drawString(str,5,10);}publicvoidstop(){clockThread=null;}}說(shuō)明Ⅰ：（1）在Applet的start方法中用new操作符創(chuàng)建了一個(gè)線程對(duì)象clockThread：

clockThread=newThread(this,"Clock2");clockThread.start();（2）在實(shí)現(xiàn)接口Runnable的run方法中，又通過(guò)Thread.currentThread方法創(chuàng)建了一個(gè)當(dāng)前運(yùn)行的線程對(duì)象myThread：ThreadmyThread=Thread.currentThread();（3）設(shè)計(jì)Thread的run方法。說(shuō)明Ⅱ：通過(guò)例10.2可以了解如何結(jié)束一個(gè)無(wú)限循環(huán)的線程。一般設(shè)計(jì)線程自然結(jié)束。如例10.1通過(guò)定義循環(huán)次數(shù)自然結(jié)束線程。在例10.2中，進(jìn)入循環(huán)的條件是clockThread==myThread，怎樣結(jié)束線程呢？當(dāng)把這個(gè)Applet嵌入網(wǎng)頁(yè)后，用戶關(guān)閉這個(gè)網(wǎng)頁(yè)時(shí)，Applet的stop方法將被調(diào)用：

publicvoidstop(){clockThread=null;}

在這里clockThread被賦值null，破壞了循環(huán)條件，因此循環(huán)終止，結(jié)束線程。兩種創(chuàng)建線程方法的比較：（1）由繼承Thread類(lèi)創(chuàng)建線程對(duì)象簡(jiǎn)單方便，可以直接操作線程，但不能再繼承其他類(lèi)。（2）在繼承其他類(lèi)的類(lèi)中可用Runnable接口創(chuàng)建線程對(duì)象?？杀３殖绦蝻L(fēng)格的一致性。10.2.3線程的優(yōu)先級(jí)Java為了使有些線程可以提前得到服務(wù)，可給線程設(shè)置優(yōu)先級(jí)。在單個(gè)CPU上運(yùn)行多線程時(shí)采用了線程隊(duì)列技術(shù)，Java虛擬機(jī)支持固定優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，一個(gè)線程的執(zhí)行順序取決于它相對(duì)其它Runnable線程的優(yōu)先級(jí)。Thread定義了其中3個(gè)常數(shù)：

（1）MAX_PRIORITY，最大優(yōu)先級(jí)（值為10）。（2）MIN_PRIORITY，最小優(yōu)先級(jí)（值為1）。（3）NORM_PRIORITY，缺省優(yōu)先級(jí)（值為5）。例10.3線程優(yōu)先級(jí)的使用。運(yùn)行結(jié)果如圖所示。classThread2extendsThread{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){Thread2[]t=newThread2[4];for(inti=0;i<4;i++)t[i]=newThread2();for(inti=0;i<4;i++)t[i].start();t[1].setPriority(MIN_PRIORITY);t[3].setPriority(MAX_PRIORITY);}publicvoidrun(){for(inti=0;i<1000000;i++);System.out.println(getName()+"線程的優(yōu)先級(jí)是"+getPriority()+"已計(jì)算完畢!");}}10.3線程的調(diào)度與控制10.3.1線程類(lèi)的方法1.線程的類(lèi)方法以下是Thread類(lèi)的靜態(tài)方法，即可以直接從Thread類(lèi)調(diào)用。CurrentThread()返回正在運(yùn)行的Thread對(duì)象名稱sleep(intn)讓當(dāng)前線程休眠n毫秒2．實(shí)例方法

activeCount()返回該線程組中當(dāng)前激活的線程的數(shù)目

checkAccess()檢測(cè)當(dāng)前線程是否可以被修改destroy()終止一個(gè)線程，不清除其他相關(guān)內(nèi)容

getName()返回線程的名稱

getPriority()返回線程的優(yōu)先級(jí)

interrupt()向一個(gè)線程發(fā)送一個(gè)中斷信息

interrupted()檢查該線程是否被中斷

isAlive()檢查線程是否處于激活狀態(tài)

isDaemon()檢查該線程是否常駐內(nèi)存

isInterrupted()檢查另一個(gè)線程是否被中斷10.3.2控制線程的狀態(tài)1．掛起一個(gè)線程2．停止一個(gè)線程3．線程休眠4．連接線程5．暫停線程6．中斷線程7．了解線程的狀態(tài)10.4線程的同步機(jī)制與共享資源前面的線程例子都是獨(dú)立的，而且異步執(zhí)行。但有時(shí)一些同時(shí)運(yùn)行的線程需要共享數(shù)據(jù)，例如兩個(gè)線程同時(shí)存取一個(gè)數(shù)據(jù)流，其中一個(gè)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了修改，而另一個(gè)線程使用的仍是原來(lái)的數(shù)據(jù)，這就帶來(lái)了數(shù)據(jù)不一致問(wèn)題。Java提供了同步設(shè)定功能。共享對(duì)象可將自己的成員方法定義為同步化（synchronized）方法，通過(guò)調(diào)用同步化方法來(lái)執(zhí)行單一線程，其它線程則不能同時(shí)調(diào)用同一個(gè)對(duì)象的同步化方法。例10.4生產(chǎn)者和消費(fèi)者線程同步化問(wèn)題。使用某種資源的線程稱為消費(fèi)者，產(chǎn)生或釋放這個(gè)資源的線程稱為生產(chǎn)者。生產(chǎn)者生成10個(gè)整數(shù)（0～9），存儲(chǔ)到一個(gè)共享對(duì)象中，并把它們打印出來(lái)。每生成一個(gè)數(shù)就隨機(jī)休眠0～100毫秒，然后重復(fù)這個(gè)過(guò)程。一旦這10個(gè)數(shù)可以從共享對(duì)象中得到，消費(fèi)者將盡可能快地消費(fèi)這10個(gè)數(shù)，即把它們?nèi)〕龊蟠蛴〕鰜?lái)。這個(gè)模型由4個(gè)程序組成。1．生產(chǎn)者程序publicclassProducerextendsThread{privateShareshared;privateintnumber;publicProducer(Shares,intnumber){shared=s;this.number=number;}

publicvoidrun(){for(inti=0;i<10;i++){shared.put(i);System.out.println("生產(chǎn)者"+this.number+"輸出的數(shù)據(jù)為："+i);try{sleep((int)(Math.random()*100));}catch(InterruptedExceptione){}}}}2．消費(fèi)者程序publicclassConsumerextendsThread{privateShareshared;privateintnumber;publicConsumer(Shares,intnumber){shared=s;this.number=number;}

publicvoidrun(){intvalue=0;for(inti=0;i<10;i++){value=shared.get();System.out.println("消費(fèi)者"+this.number+"得到的數(shù)據(jù)為："+value);}}}3．共享資源對(duì)象publicclassShare{privateintcontents;publicintget(){returncontents;}publicvoidput(intvalue){contents=value;}}4．主程序publicclassPCTest{publicstaticvoidmain(String[]args){Shares=newShare();Producerp=newProducer(s,1);Consumerc=newConsumer(s,1);p.start();c.start();}}5．改寫(xiě)后的程序?qū)蚕碣Y源對(duì)象實(shí)現(xiàn)同步化

publicclassShare{privateintcontents;privatebooleanavailable=false;publicsynchronizedintget(){while(available==false){try{wait();}catch(InterruptedExceptione){}}available=false;notifyAll();returncontents;}

publicsynchronizedvoidput(intvalue){while(available==true){try{wait();}catch(InterruptedExceptione){}}contents=value;available=true;notifyAll();}}10.5何時(shí)使用多線程及注意問(wèn)題當(dāng)你考慮到多線程時(shí)，你立刻會(huì)想