Java應(yīng)用開發(fā)與實(shí)踐-Java多線程

Java多線程Java應(yīng)用開發(fā)與實(shí)踐

酒店管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)目標(biāo)理解進(jìn)程和線程的區(qū)別和聯(lián)系掌握線程的創(chuàng)建方法了解線程同步的概念了解線程調(diào)度的概念10.1進(jìn)程和線程10.2線程的創(chuàng)建10.3線程同步10.4線程調(diào)度10.5實(shí)訓(xùn)10多線程的練習(xí)和應(yīng)用目錄10.1進(jìn)程和線程進(jìn)程是一個(gè)在內(nèi)存中運(yùn)行的應(yīng)用程序。每個(gè)進(jìn)程都有獨(dú)立的代碼和數(shù)據(jù)空間（進(jìn)程上下文），有它特定的進(jìn)程號(hào)。他們共享系統(tǒng)的內(nèi)存資源，進(jìn)程間的切換會(huì)有較大的開銷，一個(gè)進(jìn)程包含若干個(gè)線程，進(jìn)程是資源分配的最小單位。線程是進(jìn)程中的一個(gè)執(zhí)行任務(wù)（控制單元），負(fù)責(zé)當(dāng)前進(jìn)程中程序的執(zhí)行。一個(gè)進(jìn)程至少有一個(gè)線程，一個(gè)進(jìn)程可以運(yùn)行多個(gè)線程，多個(gè)線程共享進(jìn)程的堆和方法區(qū)資源，同時(shí)每個(gè)線程有獨(dú)立的運(yùn)行棧和程序計(jì)數(shù)器(PC)，線程切換開銷小，因此線程也被稱為輕量級(jí)進(jìn)程。線程是CPU調(diào)度的最小單位。由于線程是操作系統(tǒng)直接支持的執(zhí)行單元，因此，高級(jí)語言通常都內(nèi)置多線程的支持，Java也不例外。10.1.1認(rèn)識(shí)進(jìn)程和線程10.1進(jìn)程和線程1)多線程技術(shù)使程序的響應(yīng)速度更快，因?yàn)橛脩艚缑婵梢栽谶M(jìn)行其它工作的同時(shí)一直處于活動(dòng)狀態(tài)；2）當(dāng)前沒有進(jìn)行處理的任務(wù)時(shí)可以將處理器時(shí)間讓給其它任務(wù)；3）占用大量處理時(shí)間的任務(wù)可以定期將處理器時(shí)間讓給其它任務(wù)；4）可以隨時(shí)停止任務(wù)；5）可以分別設(shè)置各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)以優(yōu)化系統(tǒng)的性能。在以下情況下,最適合采用多線程處理：1）耗時(shí)或大量占用處理器的任務(wù)阻塞用戶界面操作；2）各個(gè)任務(wù)必須等待外部資源(如遠(yuǎn)程文件或Internet連接)。10.1.2多線程的特點(diǎn)10.1進(jìn)程和線程在Java中任何對(duì)象都有生命周期，線程也不例外，線程的創(chuàng)建即是線程的生命周期的開始,當(dāng)run()方法執(zhí)行完畢或者線程拋出一個(gè)未捕獲的異常或者錯(cuò)誤的時(shí)候，線程死亡。因此線程從創(chuàng)建到死亡的過程就是一個(gè)動(dòng)態(tài)執(zhí)行的過程。10.1.3線程的生命周期及五種基本狀態(tài)10.1進(jìn)程和線程10.1.3線程的生命周期及五種基本狀態(tài)10.1進(jìn)程和線程新建狀態(tài)（new）：當(dāng)線程對(duì)象對(duì)創(chuàng)建后，即進(jìn)入了新建狀態(tài)，如： Threadt=newMyThread()；就緒狀態(tài)（Runnable）：當(dāng)調(diào)用線程對(duì)象的start()方法（t.start();），線程即進(jìn)入就緒狀態(tài)。處于就緒狀態(tài)的線程，只是說明此線程已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，隨時(shí)等待CPU調(diào)度執(zhí)行，并不是說執(zhí)行了t.start()此線程立即就會(huì)執(zhí)行；運(yùn)行狀態(tài)（Running）：當(dāng)CPU開始調(diào)度處于就緒狀態(tài)的線程時(shí)，此時(shí)線程才得以真正執(zhí)行，即進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)。就緒狀態(tài)是進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)的唯一入口。也就是說，線程要想進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)執(zhí)行，首先必須處于就緒狀態(tài)中；10.1.3線程的生命周期及五種基本狀態(tài)10.1進(jìn)程和線程阻塞狀態(tài)（Blocked）：處于運(yùn)行狀態(tài)中的線程由于某種原因，暫時(shí)放棄對(duì)CPU的使用權(quán)，停止執(zhí)行，此時(shí)進(jìn)入阻塞狀態(tài)，直到其進(jìn)入到就緒狀態(tài)，才有機(jī)會(huì)再次被CPU調(diào)用以進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)。死亡狀態(tài)（Dead）：線程執(zhí)行完了或者因異常退出了run()方法，該線程結(jié)束生命周期。10.1.3線程的生命周期及五種基本狀態(tài)10.2線程的創(chuàng)建Thread類是java.lang包下的一個(gè)常用類，每一個(gè)Thread類的對(duì)象，就代表一個(gè)處于某種狀態(tài)的線程。Thread類用于操作線程，是所有涉及到線程的操作(如并發(fā))的基礎(chǔ)。創(chuàng)建線程比較常用的一種方法就是繼承Thread類。如果應(yīng)用系統(tǒng)只需要建立一條線程，而沒有什么其它特殊的要求，那么繼承Thread類無疑是較好的選擇。Thread類中的方法可分為實(shí)例方法和靜態(tài)方法，其中實(shí)例方法有start()方法，run()方法等，靜態(tài)方法有currentThread()方法，sleep(longmillis)方法等。10.2.1通過繼承Thread類創(chuàng)建線程10.2線程的創(chuàng)建1.start()方法start()用來啟動(dòng)一個(gè)線程，當(dāng)調(diào)用start()方法后，系統(tǒng)才會(huì)開啟一個(gè)新的線程來執(zhí)行用戶定義的子任務(wù)，在這個(gè)過程中，會(huì)為相應(yīng)的線程分配需要的資源。要注意，調(diào)用start方法的順序不代表線程啟動(dòng)的順序，也就是CPU執(zhí)行哪個(gè)線程的代碼具有不確定性。10.2.1通過繼承Thread類創(chuàng)建線程10.2線程的創(chuàng)建2.run()方法這個(gè)方法是線程類調(diào)用start()后所執(zhí)行的方法，如果直接調(diào)用run()而不是start()方法，那么和普通方法一樣沒有區(qū)別。要注意，run()方法是不需要用戶來調(diào)用的，當(dāng)通過start()方法啟動(dòng)一個(gè)線程之后，當(dāng)線程獲得了CPU執(zhí)行時(shí)間，便進(jìn)入run()方法體去執(zhí)行具體的任務(wù)。用start()方法來啟動(dòng)線程，是真正實(shí)現(xiàn)了多線程，通過調(diào)用Thread類的start()方法來啟動(dòng)一個(gè)線程，這時(shí)此線程處于就緒（可運(yùn)行）狀態(tài)，并沒有運(yùn)行，一旦得到CPU時(shí)間片，就開始執(zhí)行run()方法，無需等待run()方法執(zhí)行完畢，即可繼續(xù)執(zhí)行下面的代碼。所以說：start()方法是真正實(shí)現(xiàn)了多線程，run()方法只是一個(gè)普通的方法。10.2.1通過繼承Thread類創(chuàng)建線程10.2線程的創(chuàng)建3.interrupt()方法使用這個(gè)方法不會(huì)中斷線程。實(shí)際上調(diào)用interrupt實(shí)際作用是在線程受到阻塞時(shí)拋出一個(gè)中斷信號(hào)，這樣線程就得以退出阻塞狀態(tài)。4.join()方法join方法會(huì)使得調(diào)用join方法的線程無限阻塞，直到調(diào)用join方法的線程銷毀為止，join方法內(nèi)部使用的是wait()，所以會(huì)釋放鎖。10.2.1通過繼承Thread類創(chuàng)建線程10.2線程的創(chuàng)建5.sleep(longmillis)方法sleep()方法是靜態(tài)方法，它的作用就是在指定的時(shí)間（單位是毫秒）讓正在執(zhí)行的線程休眠，不釋放鎖。后面小節(jié)有詳述。6.yield()方法暫停當(dāng)前執(zhí)行的線程對(duì)象，并執(zhí)行其他線程。這個(gè)暫停會(huì)放棄CPU資源，放棄的時(shí)間不確定。10.2.1通過繼承Thread類創(chuàng)建線程10.2線程的創(chuàng)建繼承Thread類的步驟如下：1）定義類繼承Thread類；2）重寫Thread類中的run()方法；重寫run()方法的目的是將需要該線程執(zhí)行的代碼存儲(chǔ)在run()方法運(yùn)行。3）調(diào)用線程的start方法。該方法有兩步：?jiǎn)?dòng)線程，調(diào)用run()方法。10.2.1通過繼承Thread類創(chuàng)建線程10.2線程的創(chuàng)建classMyThreadextendsThread{ publicvoidrun(){ for(inti=0;i<10;i++){ try{ Thread.sleep(1000); }catch(InterruptedExceptione){ e.printStackTrace(); }//this.getName()獲取當(dāng)前線程

System.out.println(this.getName()); } }}10.2.1通過繼承Thread類創(chuàng)建線程10.2線程的創(chuàng)建publicclassDemo10_1{ publicstaticvoidmain(String[]args){ MyThreadthead1=newMyThread(); MyThreadthead2=newMyThread(); thead1.start(); thead2.start(); }}10.2.1通過繼承Thread類創(chuàng)建線程10.2線程的創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)Runnable接口的步驟如下：1）定義類實(shí)現(xiàn)Runnable接口；2）實(shí)現(xiàn)Runnable接口中的run()方法，將線程要運(yùn)行的代碼放在該run()方法中；3）通過Thread類建立線程對(duì)象；4）將Runnable接口的子類對(duì)象作為實(shí)際參數(shù)傳遞給Thread類的構(gòu)造函數(shù)。自定義的run()方法所屬的對(duì)象是Runnable接口的子類對(duì)象。5）調(diào)用Thread類的start()方法開啟線程并調(diào)用Runnable接口子類的run()方法。10.2.2通過實(shí)現(xiàn)Runnable接口創(chuàng)建線程10.2線程的創(chuàng)建classMyThreadimplementsRunnable{ publicvoidrun(){ for(inti=0;i<10;i++){ try{ Thread.sleep(1000); }catch(InterruptedExceptione){ e.printStackTrace(); } //Thread.currentThread()獲取當(dāng)前線程 System.out.println(Thread.currentThread().getName()); } }}10.2.2通過實(shí)現(xiàn)Runnable接口創(chuàng)建線程10.2線程的創(chuàng)建publicclassDemo10_2{ publicstaticvoidmain(String[]args){ MyThreadthread1=newMyThread(); MyThreadthread2=newMyThread(); Threadth1=newThread(thread1,"MyThread1"); Threadth2=newThread(thread2,"MyThread2"); th1.start(); th2.start(); }}10.2.2通過實(shí)現(xiàn)Runnable接口創(chuàng)建線程10.2線程的創(chuàng)建繼承Thread類和實(shí)現(xiàn)Runnable接口都可以創(chuàng)建線程。在繼承Thread的方式中，線程代碼是存放在Thread子類run()方法中，線程對(duì)象和線程任務(wù)耦合在一起。一旦創(chuàng)建Thread類的子類對(duì)象，既是線程對(duì)象，有又有線程任務(wù)。優(yōu)點(diǎn)是編寫簡(jiǎn)單，可直接用this.getname()獲取當(dāng)前線程，不必使用Thread.currentThread()方法。但缺點(diǎn)也有，就是已經(jīng)繼承了Thread類后，無法再繼承其他類。實(shí)現(xiàn)Runnable接口的方式較為常用，實(shí)現(xiàn)Runnable接口的方式，更加的符合面向?qū)ο蟮乃枷耄壕€程分為兩部分，一部分線程對(duì)象，一部分線程任務(wù)。將線程任務(wù)單獨(dú)分離出來封裝成對(duì)象，存放在接口的子類的run()方法中，類型就是Runnable接口類型。此方式優(yōu)點(diǎn)是避免了單繼承的局限性、多個(gè)線程可以共享一個(gè)target對(duì)象，非常適合多線程處理同一份資源的情形。缺點(diǎn)是比較復(fù)雜、訪問線程必須使用Thread.currentThread()方法、無返回值。10.2.3繼承Thread類和實(shí)現(xiàn)Runnable接口的區(qū)別10.3線程同步線程同步就是指各個(gè)線程協(xié)同步調(diào)，按預(yù)定的先后次序進(jìn)行運(yùn)行。這里的“同”字意思就是指協(xié)同、協(xié)助、互相配合。多線程通過特定的設(shè)置（如互斥量，事件對(duì)象，臨界區(qū)）來控制線程之間的執(zhí)行順序（即所謂的同步）也可以說是在線程之間通過同步建立起執(zhí)行順序的關(guān)系，如果沒有同步，那線程之間是各自運(yùn)行各自的。線程同步的主要任務(wù)是使并發(fā)執(zhí)行的各線程之間能夠有效的共享資源和相互合作，從而使程序的執(zhí)行具有可再現(xiàn)性。通常，在多線程編程里面，一些敏感數(shù)據(jù)不允許被多個(gè)線程同時(shí)訪問，此時(shí)就使用同步訪問技術(shù)，保證數(shù)據(jù)在任何時(shí)刻，最多有一個(gè)線程訪問，以保證數(shù)據(jù)的完整性。10.3.1線程同步10.3線程同步線程互斥是指對(duì)于共享的進(jìn)程系統(tǒng)資源，在各單個(gè)線程訪問時(shí)的排它性。當(dāng)有若干個(gè)線程都要使用某一共享資源時(shí)，任何時(shí)刻最多只允許一個(gè)線程去使用，其它要使用該資源的線程必須等待，直到占用資源者釋放該資源。線程互斥可以看成是一種特殊的線程同步。所以，可以看出，在多個(gè)線程之間都需要訪問共享資源（sharedresource）的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)互斥現(xiàn)象。10.3.2線程互斥10.3線程同步線程同步的機(jī)制有臨界區(qū)、互斥量、事件、信號(hào)量四種方式。1.臨界區(qū)：在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)線程訪問的資源就稱為臨界資源或獨(dú)占資源，計(jì)算機(jī)中大多數(shù)物理設(shè)備，進(jìn)程中的共享變量等待都是臨界資源，它們要求被互斥的訪問。每個(gè)進(jìn)程中訪問臨界資源的代碼稱為臨界區(qū)。在任意時(shí)刻只允許一個(gè)線程對(duì)共享資源進(jìn)行訪問，如果有多個(gè)線程試圖訪問公共資源，那么在有一個(gè)線程進(jìn)入后，其他試圖訪問公共資源的線程將被掛起，并一直等到進(jìn)入臨界區(qū)的線程離開，臨界區(qū)在被釋放后，其他線程才可以搶占。10.3.3線程同步機(jī)制10.3線程同步線程同步的機(jī)制有臨界區(qū)、互斥量、事件、信號(hào)量四種方式。2、互斥量：互斥量和臨界區(qū)很像，采用互斥對(duì)象機(jī)制，只有擁有互斥對(duì)象的線程才有訪問公共資源的權(quán)限。因?yàn)榛コ鈱?duì)象只有一個(gè)，所以能保證公共資源不會(huì)同時(shí)被多個(gè)線程同時(shí)訪問。當(dāng)前擁有互斥對(duì)象的線程處理完任務(wù)后必須將線程交出，以便其他線程訪問該資源。10.3.3線程同步機(jī)制10.3線程同步線程同步的機(jī)制有臨界區(qū)、互斥量、事件、信號(hào)量四種方式。3.信號(hào)量：信號(hào)量是維護(hù)0到指定最大值之間的同步對(duì)象。信號(hào)量狀態(tài)在其計(jì)數(shù)大于0時(shí)是有信號(hào)的，而其計(jì)數(shù)是0時(shí)是無信號(hào)的。信號(hào)量對(duì)象在控制上可以支持有限數(shù)量共享資源的訪問。4.事件：通過通知操作的方式來保持線程的同步，還可以方便實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)線程的優(yōu)先級(jí)比較的操作。10.3.3線程同步機(jī)制10.4線程調(diào)度線程可以劃分優(yōu)先級(jí)，線程的優(yōu)先級(jí)告訴CPU該線程的重要程度有多大。每個(gè)線程都具有優(yōu)先級(jí)，Java虛擬機(jī)根據(jù)線程的優(yōu)先級(jí)決定線程的執(zhí)行順序。程序會(huì)盡可能地先運(yùn)行優(yōu)先級(jí)高的那個(gè)程序，這樣使多線程合理共享CPU資源而不會(huì)產(chǎn)生沖突。通常優(yōu)先級(jí)高的線程得到的CPU資源較多，也是CPU優(yōu)先執(zhí)行優(yōu)先級(jí)較高的線程對(duì)象中的任務(wù)。程序盡可能運(yùn)行優(yōu)先級(jí)高的程序，并不意味著優(yōu)先級(jí)較低的線程絕對(duì)不會(huì)運(yùn)行。若程序的優(yōu)先級(jí)較低,只不過表示它被允許的運(yùn)行的幾率小一些而已。Java中的線程優(yōu)先級(jí)分為1(Thread.MIN_PRIORITY)-10(Thread.MAX_PRIORITY)，數(shù)字越大，優(yōu)先級(jí)越高10.4.1線程優(yōu)先級(jí)的設(shè)置10.4線程調(diào)度線程休眠通常是調(diào)用Thread.sleep(毫秒數(shù))方法，讓當(dāng)前運(yùn)行的線程進(jìn)入TIMED_WAITING(sleeping)阻塞狀態(tài)，該方法使當(dāng)前線程進(jìn)入休眠狀態(tài)，直到休眠設(shè)置的毫秒數(shù)后由系統(tǒng)喚醒，sleep方法上有一個(gè)異常。如果打斷休眠就會(huì)拋出這個(gè)異常。publicstaticvoidsleep(longmills)throwsInterruptedException10.4.2線程休眠10.4線程調(diào)度Java允許多線程并發(fā)控制，當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)操作一個(gè)可共享資源變量時(shí)（如對(duì)其進(jìn)行增刪改查操作），會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，而且相互之間產(chǎn)生沖突。加入同步鎖以避免該線程在沒有完成操作前被其他線程調(diào)用，從而保證該變量的唯一性和準(zhǔn)確性。在程序中需要完成下面兩個(gè)操作：1）把競(jìng)爭(zhēng)訪問的資源標(biāo)識(shí)為private；2）同步那些修改變量的代碼，使用synchronized關(guān)鍵字同步方法或代碼。10.4.3線程同步10.4線程調(diào)度從本質(zhì)上說，synchronized是一種鎖機(jī)制，它是為一個(gè)對(duì)象或者一個(gè)類標(biāo)明一個(gè)鎖，當(dāng)線程想要執(zhí)行相應(yīng)的synchronized修飾的代碼塊時(shí)，它需要獲得synchronized修飾的對(duì)象或者類的鎖，這個(gè)就是CPU的使用權(quán)。只有拿到了鎖才可以被CPU調(diào)度，獲得處理權(quán)。當(dāng)synchronized代碼塊執(zhí)行結(jié)束后，這個(gè)線程就要釋放相應(yīng)的鎖。CPU可以把這個(gè)鎖分給其它的線程。synchronized可以作為函數(shù)的修飾符，也可作為函數(shù)內(nèi)的語句，即同步函數(shù)或同步代碼塊來實(shí)現(xiàn)線程同步，因此它們都是同步鎖。10.4.3線程同步10.4線程調(diào)度1.join()方法在很多情況下，主線程生成并起動(dòng)了子線程，如果子線程里要進(jìn)行大量的耗時(shí)的運(yùn)算，主線程往往將于子線程之前結(jié)束，但是如果主線程處理完其他的事務(wù)后，需要用到子線程的處理結(jié)果，也就是主線程需要等待子線程執(zhí)行完成之后再結(jié)束，這個(gè)時(shí)候就要用到j(luò)oin()方法了。join()方法主要作用是掛起（即插隊(duì)）。10.4.4線程常用方法10.4線程調(diào)度2.yield()方法yield()方法可以對(duì)當(dāng)前線程進(jìn)行臨時(shí)暫停（讓線程將資源釋放出來），供所有線程競(jìng)爭(zhēng)。3.wait()方法和notify()方法wait()方法類似sleep(),不同的是，wait()會(huì)先釋放鎖住的對(duì)象，然后再執(zhí)行等待的動(dòng)作。注意，這個(gè)函數(shù)屬于Object類。另外，由于wait()所等待的對(duì)象必須先鎖住，因此，它只能用在同步化程序段或者同步化方法內(nèi)，否則，會(huì)拋出異常IllegalMonitorStateException。10.4.4線程常用方法10.4線程調(diào)度兩個(gè)或者多個(gè)線程同時(shí)想要去獲取共享資源的鎖，但每個(gè)線程都要等其他線程把他們各自的鎖給釋