Java2實用教程第4版第12章Java多線程機制.ppt

1、2020/8/24,第 1 頁,注意：開始用功了！,2020/8/24,第 2 頁,Java2實用教程(第4版) 第12章,配合例子源代碼一起使用,Power point 制作：耿祥義 張躍平,Java多線程機制,2020/8/24,第 3 頁,導(dǎo)讀,主要內(nèi)容 Java中的線程 Thread類與線程的創(chuàng)建 線程的常用方法 線程同步 協(xié)調(diào)同步的線程 線程聯(lián)合 GUI線程 計時器線程,2020/8/24,第 4 頁,12.1 進程與線程 12.1.1 操作系統(tǒng)與進程,程序是一段靜態(tài)的代碼，它是應(yīng)用軟件執(zhí)行的藍本。 進程是程序的一次動態(tài)執(zhí)行過程，它對應(yīng)了從代碼加載、執(zhí)行至執(zhí)行完畢的一個完整過程，這個

2、過程也是進程本身從產(chǎn)生、發(fā)展至消亡的過程。 現(xiàn)代操作系統(tǒng)可以同時管理一個計算機系統(tǒng)中的多個進程，即可以讓計算機系統(tǒng)中的多個進程輪流使用CPU資源。,2020/8/24,第 5 頁,12.1.2 進程與線程,線程是比進程更小的執(zhí)行單位，一個進程在其執(zhí)行過程中，可以產(chǎn)生多個線程，形成多條執(zhí)行線索，每條線索，即每個線程也有它自身的產(chǎn)生、存在和消亡的過程。 線程間可以共享進程中的某些內(nèi)存單元(包括代碼與數(shù)據(jù))，線程的中斷與恢復(fù)可以更加節(jié)省系統(tǒng)的開銷。,2020/8/24,第 6 頁,12.2 Java中的線程 12.2.1 Java的多線程機制,Java語言的一大特性點就是內(nèi)置對多線程的支持。 Jav

3、a虛擬機快速地把控制從一個線程切換到另一個線程。這些線程將被輪流執(zhí)行，使得每個線程都有機會使用CPU資源。,2020/8/24,第 7 頁,12.2.2 主線程（main線程）,每個Java應(yīng)用程序都有一個缺省的主線程。 當JVM（Java Virtual Machine 虛擬機）加載代碼，發(fā)現(xiàn)main方法之后，就會啟動一個線程，這個線程稱為“主線程”（main線程），該線程負責執(zhí)行main方法。 JVM一直要等到Java應(yīng)用程序中的所有線程都結(jié)束之后，才結(jié)束Java應(yīng)用程序 。,2020/8/24,第 8 頁,12.2.3 線程的狀態(tài)與生命周期,建的線程在它的一個完整的生命周期中通常要經(jīng)歷如

4、下的四種狀態(tài)： 1新建: 當一個Thread類或其子類的對象被聲明并創(chuàng)建時，新生的線程對象處于新建狀態(tài)。 2運行 :線程必須調(diào)用start（）方法（從父類繼承的方法）通知JVM，這樣JVM就會知道又有一個新一個線程排隊等候切換了。一旦輪到它來享用CPU資源時，此線程的就可以脫離創(chuàng)建它的主線程獨立開始自己的生命周期了。 3中斷:有4種原因的中斷： JVM將CPU資源從當前線程切換給其他線程，使本線程讓出CPU的使用權(quán)處于中斷狀態(tài)。 線程使用CPU資源期間，執(zhí)行了sleep(int millsecond)方法，使當前線程進入休眠狀。 線程使用CPU資源期間，執(zhí)行了wait()方法。 線程使用CPU

5、資源期間，執(zhí)行某個操作進入阻塞狀態(tài)。 4死亡 :處于死亡狀態(tài)的線程不具有繼續(xù)運行的能力。線程釋放了實體。,2020/8/24,第 9 頁,例子1(Example12_1.java )通過分析運行結(jié)果闡述線程的4種狀態(tài)。例子1在主線程中用Thread的子類創(chuàng)建了兩個線程(SpeakElephant.java , SpeakCar.java )，這兩個線程分別在命令行窗口輸出20句“大象”和“轎車”；主線程在命令行窗口輸出15句“主人”。 例子1的運行效果如圖12.4。 例子1在不同的計算機運行或在同一臺計算機反復(fù)運行的結(jié)果不盡相同,輸出結(jié)果依賴當前CPU資源的使用情況。,2020/8/24,第

6、10 頁,12.2.4 線程調(diào)度與優(yōu)先級,處于就緒狀態(tài)的線程首先進入就緒隊列排隊等候CPU資源，同一時刻在就緒隊列中的線程可能有多個。Java虛擬機（JVM）中的線程調(diào)度器負責管理線程，調(diào)度器把線程的優(yōu)先級分為10個級別，分別用Thread類中的類常量表示。 Java調(diào)度器的任務(wù)是使高優(yōu)先級的線程能始終運行，一旦時間片有空閑，則使具有同等優(yōu)先級的線程以輪流的方式順序使用時間片。,2020/8/24,第 11 頁,12.3 Thread類與線程的創(chuàng)建 12.3.1 使用Thread的子類,在Java語言中，用Thread類或子類創(chuàng)建線程對象。 在編寫Thread類的子類時，需要重寫父類的run(

7、)方法，其目的是規(guī)定線程的具體操作，否則線程就什么也不做，因為父類的run()方法中沒有任何操作語句。,2020/8/24,第 12 頁,12.3.2 使用Thread類,創(chuàng)建線程的另一個途徑就是用Thread類直接創(chuàng)建線程對象。使用Thread創(chuàng)建線程通常使用的構(gòu)造方法是： Thread(Runnable target) 該構(gòu)造方法中的參數(shù)是一個Runnable類型的接口。 在創(chuàng)建線程對象時必須向構(gòu)造方法的參數(shù)傳遞一個實現(xiàn)Runnable接口類的實例，該實例對象稱作所創(chuàng)線程的目標對象，當線程調(diào)用start()方法后，一旦輪到它來享用CPU資源，目標對象就會自動調(diào)用接口中的run()方法（接口

8、回調(diào)）。 例子2 (Example12_2.java, ElephantTarget.java , CarTarget.java )和前面的例子1不同，不使用Thread類的子類創(chuàng)建線程，而是使用Thread類創(chuàng)建speakElephant和speakCar線程，請讀者注意比較例子1和例子2的細微差別。,2020/8/24,第 13 頁,線程間可以共享相同的內(nèi)存單元（包括代碼與數(shù)據(jù)），并利用這些共享單元來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、實時通信與必要的同步操作。,例子3(Example12_3.java , House.java )中使用Thread類創(chuàng)建兩個模擬貓和狗的線程，貓和狗共享房屋中的一桶水，即房屋是

9、線程的目標對象，房屋中的一桶水被貓和狗共享。貓和狗輪流喝水（狗喝的多，貓喝的少），當水被喝盡時，貓和狗進入死亡狀態(tài)。貓或狗在輪流喝水的過程中，主動休息片刻（讓Thread類調(diào)用sleep(int n)進入中斷狀態(tài)），而不是等到被強制中斷喝水。,2020/8/24,第 14 頁,12.3.3 目標對象與線程的關(guān)系,從對象和對象之間的關(guān)系角度上看，目標對象和線程的關(guān)系有以下兩種情景。 1.目標對象和線程完全解耦 目標對象沒有組合線程對象.目標對象經(jīng)常需要通過獲得線程的名字（因為無法獲得線程對象的引用）以便確定是哪個線程正在占用CPU資源，即被JVM正在執(zhí)行的線程。 2.目標對象組合線程（弱耦合）

10、目標對象可以組合線程.目標對象類組合線程對象時， 目標對象可以通過獲得線程對象的引用.,例子4中(Example12_4.java , House.java )，線程cat和dog在House中，請注意例子4與例子3的區(qū)別 .,2020/8/24,第 15 頁,12.3.4 關(guān)于run()方法啟動的次數(shù),對于具有相同目標對象的線程，當其中一個線程享用CPU資源時，目標對象自動調(diào)用接口中的run方法，這時，run方法中的局部變量被分配內(nèi)存空間，當輪到另一個線程享用CPU資源時，目標對象會再次調(diào)用接口中的run方法，那么，run()方法中的局部變量會再次分配內(nèi)存空間。也就是說run()方法已經(jīng)啟動

11、運行了兩次，分別運行在不同的線程中，即運行在不同的時間片內(nèi)。,2020/8/24,第 16 頁,12.4 線程的常用方法,1start() ： 線程調(diào)用該方法將啟動線程，使之從新建狀態(tài)進入就緒隊列排隊，一旦輪到它來享用CPU資源時，就可以脫離創(chuàng)建它的線程獨立開始自己的生命周期了。 2run(): Thread類的run()方法與Runnable接口中的run()方法的功能和作用相同，都用來定義線程對象被調(diào)度之后所執(zhí)行的操作，都是系統(tǒng)自動調(diào)用而用戶程序不得引用的方法。 3sleep(int millsecond): 優(yōu)先級高的線程可以在它的run()方法中調(diào)用sleep方法來使自己放棄CPU資源

12、，休眠一段時間。 4isAlive(): 線程處于“新建”狀態(tài)時，線程調(diào)用isAlive()方法返回false。在線程的run()方法結(jié)束之前，即沒有進入死亡狀態(tài)之前，線程調(diào)用isAlive()方法返回true。 5currentThread():該方法是Thread類中的類方法，可以用類名調(diào)用，該方法返回當前正在使用CPU資源的線程。 6interrupt() ：一個占有CPU資源的線程可以讓休眠的線程調(diào)用interrupt()方法“吵醒”自己，即導(dǎo)致休眠的線程發(fā)生InterruptedException異常，從而結(jié)束休眠，重新排隊等待CPU資源。,2020/8/24,第 17 頁,例子5(

13、Example12_5.java , Home.java )中一個線程每隔1秒鐘在命令行窗口輸出本地機器的時間，在3秒鐘后，該線程又被分配了實體，新實體又開始運行。因為垃圾實體仍然在工作，因此，在命令行每秒鐘能看見兩行同樣的本地機器時間.運行效果如圖12.7。,2020/8/24,第 18 頁,例子6(Example12_6.java , ClassRoom.java )中，有兩個線程：student和teacher，其中student準備睡一小時后再開始上課，teacher在輸出3句“上課”后，吵醒休眠的線程student。運行效果如圖12.8。,2020/8/24,第 19 頁,12.5

14、線程同步,在處理多線程問題時，我們必須注意這樣一個問題：當兩個或多個線程同時訪問同一個變量，并且一個線程需要修改這個變量。我們應(yīng)對這樣的問題作出處理。 在處理線程同步時，要做的第一件事就是要把修改數(shù)據(jù)的方法用關(guān)鍵字synchronized來修飾。 所謂線程同步就是若干個線程都需要使用一個synchronized修飾的方法。 例子7(Example12_7.java , Bank.java )中有兩個線程：會計和出納，他倆共同擁有一個帳本 .程序要保證其中一人使用saveOrTake(int amount)時，另一個人將必須等待，即saveOrTake(int amount)方法應(yīng)當是一個syn

15、chronized方法。程序運行效果如圖12.9 .,2020/8/24,第 20 頁,12.6 協(xié)調(diào)同步的線程,wait()方法可以中斷方法的執(zhí)行，使本線程等待，暫時讓出CPU的使用權(quán)，并允許其它線程使用這個同步方法。 notifyAll()方法通知所有的由于使用這個同步方法而處于等待的線程結(jié)束等待。曾中斷的線程就會從剛才的中斷處繼續(xù)執(zhí)行這個同步方法，并遵循“先中斷先繼續(xù)”的原則。 notify()方法只是通知處于等待中的線程的某一個結(jié)束等待。,例子8(Example12_8.java, TicketHouse.java )模擬兩個人，張飛和李逵買電影票。售票員只有兩張五元的錢，電影票5元錢

16、一張。張飛拿二十元一張的人民幣排在李逵的前面買票，李逵拿一張5元的人民幣買票。因此張飛必須等待（李逵比張飛先買了票）。程序運行效果如圖12.10。,2020/8/24,第 21 頁,12.7 線程聯(lián)合,一個線程A在占有CPU資源期間,可以讓其它線程調(diào)用join()和本線程聯(lián)合,如： B.join(); 稱A在運行期間聯(lián)合了B。如果線程A在占有CPU資源期間一旦聯(lián)合B線程，那么A線程將立刻中斷執(zhí)行，一直等到它聯(lián)合的線程B執(zhí)行完畢，A線程再重新排隊等待CPU資源，以便恢復(fù)執(zhí)行。如果A準備聯(lián)合的B線程已經(jīng)結(jié)束，那么B.join()不會產(chǎn)生任何效果。 例子9(Example12_9.java , Th

17、readJoin.java )使用線程聯(lián)合模擬顧客等待蛋糕師制作蛋糕，程序運行效果如圖12.11 .,2020/8/24,第 22 頁,12.8 GUI線程,當Java程序包含圖形用戶界面（GUI）時，Java虛擬機在運行應(yīng)用程序時會自動啟動更多的線程，其中有兩個重要的線程：AWT-EventQuecue和AWT-Windows。AWT-EventQuecue線程負責處理GUI事件，AWT-Windows線程負責將窗體或組件繪制到桌面。JVM要保證各個線程都有使用CPU資源的機會，比如，程序中發(fā)生GUI界面事件時，JVM就會將CPU資源切換給AWT-EventQuecue線程，AWT-Even

18、tQuecue線程就會來處理這個事件，比如，你單擊了程序中的按鈕，觸發(fā)ActionEvent事件，AWT-EventQuecue線程就立刻排隊等候執(zhí)行處理事件的代碼,2020/8/24,第 23 頁,例子10(Example12_10.java , WindowTyped.java )是訓(xùn)練用戶尋找鍵盤上的字母的快速能力。一個線程giveLetter負責每隔3秒給出一個英文字母，用戶需要在文本框中輸入這個英文字母，按回車確認。當用戶按回車鍵時，將觸發(fā)ActionEvent事件，那么JVM就會中斷giveLetter線程，把CUP的使用權(quán)切換給WT-EventQuecue線程，以便處理Actio

19、nEvent事件。程序運行效果如圖12.12。,2020/8/24,第 24 頁,例子11(Example12_11.java , Win.java )中單擊start按扭線程開始工作：每隔一秒鐘顯示一次當前時間；單擊stop按扭后，線程就結(jié)束了生命，釋放了實體，即釋放線程對象的內(nèi)存 .把一個線程委派給一個組件事件時要格外小心，比如單擊一個按扭讓線程開始運行，那么當這個線程在執(zhí)行完run()方法之前，客戶可能會隨時再次單擊該按扭，這時就會發(fā)生ILLegalThreadStateException 異常。程序運行效果如圖12.13 .,2020/8/24,第 25 頁,當某些操作需要周期性地執(zhí)行，就可以使用計時器。我們可以使用Timer類的構(gòu)造方法：Timer(int a, Object b)創(chuàng)建一個計時器，其中的參數(shù)a的單位是豪秒，確定計時器每隔a 毫秒“震鈴”一次，參數(shù)b是計時器的監(jiān)視器。計時器發(fā)生的震鈴事件是ActinEvent類型事件。當震鈴事件發(fā)生時，監(jiān)視器就會監(jiān)視到這個事件，監(jiān)視器就回調(diào)ActionListener接口中的actionPerformed(ActionEvent e)方法。使用Timer類的方法start()啟動計時器，即啟動線程。使用Timer類的