《跨平臺程序設計語言》課件-第10章 多線程

第10章多線程1.多線程程序主講人：_________

多線程程序publicclassExample01{publicstaticvoidmain(String[]args){ MyThread01myThread=newMyThread01();//創(chuàng)建MyThread01實例對象 myThread.run();//調用MyThread01類的run()方法 while(true){//該循環(huán)是一個死循環(huán)，打印輸出語句 System.out.println("Main方法在運行"); }}}classMyThread01{publicvoidrun(){ while(true){//該循環(huán)是一個死循環(huán)，打印輸出語句 System.out.println("MyThread類的run()方法在運行"); }}}在學習多線程之前，先來看一個單線程程序的案例。具體代碼如下所示。單線程案例多線程程序運行代碼，控制臺顯示的運行結果如下圖所示。運行結果多線程程序由上圖可知，程序一直打印“MyThread類的run()方法在運行”，這是因為該程序是一個單線程程序，在調用MyThread01類的run()方法時，遇到定義的死循環(huán)中，循環(huán)會一直進行。因此，MyThread類的打印語句將被無限執(zhí)行，而main()方法中的打印語句無法得到執(zhí)行。如果希望代碼兩個while循環(huán)中的的println語句能夠并發(fā)執(zhí)行，就需要實現(xiàn)多線程。運行結果分析多線程程序為了實現(xiàn)多線程，Java提供了一個線程類Thread，通過繼承Thread類，并重寫Thread類中的run()方法便可實現(xiàn)多線程。在Thread類中提供了一個start()方法用于啟動新線程，新線程啟動后，JVM會自動調用run()方法，如果子類重寫了run()方法便會執(zhí)行子類中的run()方法。線程類Thread多線程程序publicclassExample02{publicstaticvoidmain(String[]args){ MyThread02myThread=newMyThread02();//創(chuàng)建MyThread02的線程對象

myThread.start();//開啟線程 while(true){//通過死循環(huán)語句打印輸出 System.out.println("main()方法在運行"); }}}classMyThread02extendsThread{

publicvoidrun(){ while(true){//通過死循環(huán)語句打印輸出 System.out.println("MyThread類的run()方法在運行"); }}}下面通過繼承Thread類的方式來實現(xiàn)多線程。具體代碼如下所示。多線程案例多線程程序運行代碼，控制臺顯示的運行結果如下圖所示。由圖可知，兩個循環(huán)中的語句都有輸出，說明程序實現(xiàn)了多線程。運行結果單線程和多線程的區(qū)別從圖可以看出，單線程的程序在運行時，會按照代碼的調用順序執(zhí)行，而在多線程中，main()方法和MyThread類的run()方法卻可以同時運行，互不影響。單線程和多線程的區(qū)別第10章多線程2.線程同步主講人：_________

線程安全問題假設售票廳有四個窗口可發(fā)售某日某次列車的100張車票，這時100張車票可以看做共享資源，在程序中只能創(chuàng)建一個售票對象，然后開啟多個線程去運行同一個售票對象的售票方法，簡單來說就是四個線程運行同一個售票程序。上述售票案例中，極有可能碰到“意外”情況，例如一張票被打印多次，或者打印出的票號為0甚至負數(shù)。這些“意外”都是由多線程操作共享資源ticket所導致的線程安全問題。模擬上述所說的“意外”情況。假設四個窗口同時出售10張票，并在售票的代碼中使用sleep()方法，令每次售票時線程休眠300毫秒。具體代碼如下。案例說明案例分析線程安全問題步驟一：定義SaleThread類并實現(xiàn)Runnable接口；定義私有int類型變量tickets，表示總票數(shù)，初始值為10；重寫run()方法，在run()方法中使用while循環(huán)售票；調用sleep()方法使線程休眠300毫秒，用于模擬售票過程中線程的延遲；具體代碼如下所示：staticclassSaleThreadimplementsRunnable{privateinttickets=10; //tickets表示總票數(shù)：10張票publicvoidrun(){ while(tickets>0){ try{ Thread.sleep(300);//線程休眠300毫秒 }catch(InterruptedExceptione){ e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---賣出的票"+tickets--); }}}案例實現(xiàn)線程安全問題publicclassExample15{publicstaticvoidmain(String[]args){ SaleThreadsaleThread=newSaleThread();//創(chuàng)建SaleThread對象 //創(chuàng)建并開啟四個線程 newThread(saleThread,"線程一").start(); newThread(saleThread,"線程二").start(); newThread(saleThread,"線程三").start(); newThread(saleThread,"線程四").start();}}步驟二：定義main()方法，創(chuàng)建并開啟四個線程，用于模擬四個售票窗口。具體代碼如下所示：案例實現(xiàn)線程安全問題運行結果從圖中可以看出，最后打印售出的票出現(xiàn)了0和負數(shù)，這種現(xiàn)象是不應該出現(xiàn)的，原因是在售票程序的while循環(huán)中調用了sleep()方法，出現(xiàn)了線程延遲。假設當票號減為1時，線程1獲取了CPU執(zhí)行權，出售1號票，對票號進行判斷后，進入while循環(huán)，在售票之前調用sleep()方法進入休眠；線程1休眠之后，線程2獲取了CPU執(zhí)行權，會進行售票，由于此時票號仍為1，所以線程2也會進入循環(huán)。同理，線程3和線程4也會進入while循環(huán)。休眠結束后，四個線程都會繼續(xù)售票，這樣就相當于將票號減了四次，因此結果會出現(xiàn)0和負數(shù)這樣的票號。線程同步線程安全問題其實就是由多個線程同時處理共享資源所導致的。要想解決線程安全問題，必須保證在任何時刻只能有一個線程訪問共享資源。為了實現(xiàn)多個線程處理同一個資源，在Java中提供了同步機制。同步技術是指一個方法或者一段代碼，在某一個時刻最多只能被一個線程執(zhí)行，該線程未執(zhí)行完該方法或者代碼段之前，其他的并發(fā)線程必須等待。沒有此限制的，則稱之為異步(Asynchronization)。在Java程序設計中，采用同步技術實現(xiàn)臨界區(qū)互斥訪問，線程同步與通信常用的接口、類或修飾符見表8.2。在Java程序設計中，為了解決線程同步問題，采用同步方法或者同步塊。同步代碼塊當多個線程使用同一個共享資源時，可以將處理共享資源的代碼放在一個使用synchronized關鍵字修飾的代碼塊中，這個代碼塊被稱作同步代碼塊。synchronized(lock){

操作共享資源代碼塊}在上面的代碼中，lock是一個鎖對象，它是同步代碼塊的關鍵，相當于為同步代碼加鎖。當某一個線程執(zhí)行同步代碼塊時，其他線程將無法執(zhí)行，進入阻塞狀態(tài)。當前線程執(zhí)行完后，再與其他線程重新?lián)寠ZCPU的執(zhí)行權，搶到CPU執(zhí)行權的線程將進入同步代碼塊，執(zhí)行其中的代碼。以此循環(huán)往復，直到共享資源被處理完為止。同步代碼塊的語法格式同步代碼塊使用同步代碼塊解決線程安全的問題步驟一：修改上節(jié)中的案例，將有關tickets變量的操作全部都放到同步代碼塊中。為了保證線程持續(xù)執(zhí)行，將同步代碼塊放在死循環(huán)中，直到ticket<0時跳出循環(huán)。代碼如下：classTicket1implementsRunnable{privateinttickets=10;//定義變量tickets，并賦值10

Objectlock=newObject();//定義任意一個對象，用作同步代碼塊的鎖publicvoidrun(){while(true){

synchronized(lock){//定義同步代碼塊try{Thread.sleep(300);//經(jīng)過的線程休眠300毫秒}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}if(tickets>0){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---賣出的票"+tickets--);}else{//如果tickets小于0，跳出循環(huán)break;}}}}}同步代碼塊使用同步代碼塊解決線程安全的問題步驟二：定義main()方法，創(chuàng)建并開啟四個線程，用于模擬四個售票窗口。代碼如下所示：publicclassExample16{publicstaticvoidmain(String[]args){Ticket1ticket=newTicket1();//創(chuàng)建Ticket1對象//創(chuàng)建并開啟四個線程newThread(ticket,"線程一").start();newThread(ticket,"線程二").start();newThread(ticket,"線程三").start();newThread(ticket,"線程四").start();}}同步代碼塊運行代碼，控制臺顯示的運行結果如圖所示。運行結果從圖可以看出，售出的票不再出現(xiàn)0和負數(shù)的情況，這是因為售票的代碼實現(xiàn)了同步，之前出現(xiàn)的線程安全問題得以解決。同步方法除了修飾代碼塊，sychronized關鍵字同樣可以修飾方法，被synchronized關鍵字修飾的方法為同步方法。同步方法和同步代碼塊一樣，同一時刻，只允許一個線程調用同步方法。synchronized關鍵字修飾方法的具體語法格式如下：synchronized返回值類型方法名([參數(shù)1,...]){}同步方法的語法格式同步方法privatesynchronizedvoidsaleTicket(){if(tickets>0){try{Thread.sleep(300);//經(jīng)過的線程休眠300毫秒}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---賣出的票"+tickets--);}}使用同步方法解決線程安全的問題步驟一：將售票代碼抽取為售票方法saleTicket()，并用synchronized關鍵字修飾saleTicket()方法。代碼如下所示：同步方法//省略main方法//定義Ticket1類實現(xiàn)Runnable接口classTicket1implementsRunnable{privateinttickets=10;publicvoidrun(){while(true){

saleTicket();//調用售票方法 if(tickets<=0){ break; }}}}使用同步方法解決線程安全的問題步驟二：定義Ticket1類實現(xiàn)Runnable接口，在重寫的run()方法中的while循環(huán)中調用抽取的售票方法saleTicket()。省略定義main()方法的步驟，參考上面代碼即可。具體代碼如下所示：同步方法運行代碼，控制臺顯示的運行結果如圖所示。從圖可以看出，同樣沒有出現(xiàn)0號和負數(shù)號的票，說明同步方法實現(xiàn)了和同步代碼塊一樣的效果。運行結果第10章多線程3.線程通信主講人：_________

線程通信什么是線程通信?線程通信就是線程間相互發(fā)送信息為什么要進行線程通信多個線程并發(fā)執(zhí)行時，在默認情況下CPU是隨機切換線程的，當我們需要多個線程來共同完成一件任務，并且我們希望他們有規(guī)律的執(zhí)行，那么多線程之間需要一些協(xié)調通信，以此來幫我們達到多線程共同操作一份數(shù)據(jù)根據(jù)共享數(shù)據(jù)的情況決定自己該怎么做，以及通知其他線程該怎么做線程通信的實際模型生產(chǎn)者消費者模型:生產(chǎn)者線程負責生產(chǎn)數(shù)據(jù)，消費者線程負責消費生產(chǎn)者生產(chǎn)的數(shù)據(jù)一般要求:生產(chǎn)者線程生產(chǎn)完數(shù)據(jù)后喚醒消費者，然后自己等待，消費者消費完數(shù)據(jù)后喚醒生產(chǎn)者，然后自己等待就是在一個線程進行了規(guī)定操作后，就進入等待狀態(tài)(wait)，等待其他0線程執(zhí)行完他們的指定代碼過后再將其喚醒(notify);等待喚醒機制線程通信線程通信常用方法線程通信有若干個生產(chǎn)者，把生產(chǎn)的產(chǎn)品放在一個倉庫（緩沖區(qū)中），如果緩沖區(qū)裝滿，則生產(chǎn)者等待。有若干個消費者，從倉庫中取出產(chǎn)品；如果倉庫中沒有產(chǎn)品，則消費者等待。在網(wǎng)絡中，經(jīng)常遇到生產(chǎn)者—消費者問題。為了提高處理效率，如啟動若干個線程從網(wǎng)絡上接受數(shù)據(jù)，并把它們保存在本地緩沖區(qū)中；然后啟動若干個線程對緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進行處理，然后保存到數(shù)據(jù)庫等存儲空間。如圖所示，某個生產(chǎn)者生產(chǎn)一個產(chǎn)品，把它保存到in指定的位置；某個消費者則從指定的位置out獲取相應的產(chǎn)品。生產(chǎn)者-消費者問題線程通信案例：模擬手機接電話系統(tǒng)，有電話就接聽，沒電話就等待線程通信的前提：線程通信通常是多個線程操作同一個共享資源的時候進行線程通信并且要保證線程安全。線程通信//來電提醒線程，負責來電提醒//接聽電話線程。負責接聽電話//主方法，創(chuàng)建手機對象，執(zhí)行開機方法publicclassPhone{//實現(xiàn)線程通信：默認沒有電話打進來，等待來電提醒

privatebooleanflag=false;publicvoidrun(){//來電提醒線程//接聽電話線程}publicstaticvoidmain(String[]args){Phonephone=newPhone();//創(chuàng)建手機對象

phone.run();//執(zhí)行開機

}}案例實現(xiàn)線程通信

//1.來電提醒線程

newThread(newRunnable(){@Overridepublicvoidrun(){//一直等待來電提醒

try{while(true){synchronized(Phone.this){if(!flag){

System.out.println("請接聽電話");flag=true;//喚醒別人，等待自己

Phone.this.notify();

Phone.this.wait();}}}}catch(Exceptione){

e.printStackTrace();}}}).start();//2.接聽電話線程

newThread(newRunnable(){@Overridepublicvoidrun(){//一直準備接聽電話

try{