第16章多線程本章要點(diǎn)了解多線程在Windows系統(tǒng)的執(zhí)行模式掌握實(shí)現(xiàn)線程的兩種方式掌握線程的狀態(tài)掌握使線程進(jìn)入各種狀態(tài)的方法掌握線程的優(yōu)先級掌握線程安全掌握線程同步機(jī)制掌握線程間的通信第16章多線程1、線程簡介2、實(shí)現(xiàn)線程的兩種方法3、線程的生命周期4、操作線程的方法5、線程的優(yōu)先級6、線程同步7、線程間的通信主要內(nèi)容16.1線程簡介世間萬物會(huì)同時(shí)完成很多工作：例如人體同時(shí)進(jìn)行呼吸、血液循環(huán)、思考問題等活動(dòng)；用戶既可以使用計(jì)算機(jī)聽歌，也可以使用它打印文件，而這些活動(dòng)完全可以同時(shí)進(jìn)行，這種思想在Java中被稱為并發(fā)，而將并發(fā)完成的每一件事情稱為線程。16.1線程簡介在人們的生活中，并發(fā)機(jī)制非常重要，但是并不是所有的程序語言都支持線程。在以往的程序中，多以一個(gè)任務(wù)完成后再進(jìn)行下一個(gè)項(xiàng)目的模式進(jìn)行開發(fā)，這樣下一個(gè)任務(wù)的開始必須等待前一個(gè)任務(wù)的結(jié)束。Java語言提供并發(fā)機(jī)制，程序員可以在程序中執(zhí)行多個(gè)線程，每一個(gè)線程完成一個(gè)功能，并與其他線程并發(fā)執(zhí)行，這種機(jī)制被稱為多線程。16.1線程簡介Java中的多線程在每個(gè)操作系統(tǒng)中的運(yùn)行方式也存在差異，在此著重說明多線程在Windows操作系統(tǒng)的運(yùn)行模式。Windows操作系統(tǒng)是多任務(wù)操作系統(tǒng)，它以進(jìn)程為單位。一個(gè)進(jìn)程是一個(gè)包含有自身地址的程序，每個(gè)獨(dú)立執(zhí)行的程序都稱為進(jìn)程，也就是正在執(zhí)行的程序。16.1線程簡介進(jìn)程是一個(gè)用來描述處于動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的應(yīng)用程序的概念，即一個(gè)進(jìn)程就是一個(gè)執(zhí)行中的程序，每個(gè)進(jìn)程都有一塊自己獨(dú)立的地址空間，并可以包含多個(gè)線程。這些線程將共享進(jìn)程的地址空間及操作系統(tǒng)分配給這個(gè)進(jìn)程的資源。線程一般是指進(jìn)程中的一個(gè)執(zhí)行流，多線程是指在一個(gè)進(jìn)程中同時(shí)運(yùn)行多個(gè)不同線程，每個(gè)線程分別執(zhí)行不同的任務(wù)。16.1線程簡介系統(tǒng)可以分配給每個(gè)進(jìn)程一段有限的使用CPU的時(shí)間（也可以稱為CPU時(shí)間片），CPU在這段時(shí)間中執(zhí)行某個(gè)進(jìn)程，然后下一個(gè)時(shí)間片又跳至另一個(gè)進(jìn)程中去執(zhí)行。由于CPU轉(zhuǎn)換較快，所以使得每個(gè)進(jìn)程好像是同時(shí)執(zhí)行一樣。16.1線程簡介Windows操作系統(tǒng)的執(zhí)行模式16.1線程簡介一個(gè)線程則是進(jìn)程中的執(zhí)行流程，一個(gè)進(jìn)程中可以同時(shí)包括多個(gè)線程，每個(gè)線程也可以得到一小段程序的執(zhí)行時(shí)間，這樣一個(gè)進(jìn)程就可以具有多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的線程。在單線程中，程序代碼按調(diào)用順序依次往下執(zhí)行，如果需要一個(gè)進(jìn)程同時(shí)完成多段代碼的操作，就需要產(chǎn)生多線程。16.2實(shí)現(xiàn)線程的兩種方式16.2.1繼承Thread類16.2.2實(shí)現(xiàn)Runnable接口16.2.1繼承Thread類Thread類是java.lang包中的一個(gè)類，從這個(gè)類中實(shí)例化的對象代表線程，程序員啟動(dòng)一個(gè)新線程需要建立Thread實(shí)例。Thread類中常用的兩個(gè)構(gòu)造方法如下：publicThread(String

threadName);publicThread();其中第一個(gè)構(gòu)造方法是創(chuàng)建一個(gè)名稱為threadName的線程對象。16.2.1繼承Thread類繼承Thread類創(chuàng)建一個(gè)新的線程的語法如下：publicclassThreadTestextendsThread{ //...}16.2.1繼承Thread類如果需要?jiǎng)?chuàng)建線程應(yīng)該先定義一個(gè)Thread類的子類，并且覆蓋其中的run()成員方法，將線程執(zhí)行的程序代碼寫在其中。Thread對象需要一個(gè)任務(wù)來執(zhí)行，任務(wù)是指線程在啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行的工作，該工作的功能代碼被寫在run()方法中。16.2.1繼承Thread類這個(gè)run()方法必須使用如下這種語法格式：publicvoidrun(){ //...}注意：盡管在Thread的子類中覆蓋了run()成員方法，但用戶不能直接調(diào)用它，而是需要通過調(diào)用Thread類中的start()方法間接地使用它。16.2.1繼承Thread類－注意1）start()方法的調(diào)用后并不是立即執(zhí)行多線程代碼，而是使得該線程變?yōu)榭蛇\(yùn)行態(tài)(Runnable)，什么時(shí)候運(yùn)行是由操作系統(tǒng)決定的。2）如果start()方法調(diào)用一個(gè)已經(jīng)啟動(dòng)的線程，系統(tǒng)將拋出IllegalThreadStateException異常。16.2.1繼承Thread類－注意main()方法線程啟動(dòng)由Java虛擬機(jī)負(fù)責(zé)，程序員負(fù)責(zé)啟動(dòng)自己的線程。語法如下：publicstaticvoidmain(String[]args){ newThreadTest().start();}publicclassMyThreadextendsThread{publicvoidrun(){

for(intn=1;n<3;n++){for(inti=1;i<4;i++)

System.out.print(getName()+"("+i+")");System.out.println();}

System.out.println("exitfrom"+getName());}}創(chuàng)建兩個(gè)線程對象，分別實(shí)現(xiàn)重復(fù)顯示1~3數(shù)字的功能publicclassTest{publicstaticvoidmain(String[]args){Threadt1=newMyThread();t1.setName("T1");Threadt2=newMyThread();t2.setName("T2");t1.start();t2.start();System.out.println("exitfrom"+Thread.currentThread().getName());}}exitfrommainT2(1)T1(1)T1(2)T1(3)T2(2)T1(1)T1(2)T1(3)T2(3)exitfromT1T2(1)T2(2)T2(3)exitfromT216.2.2實(shí)現(xiàn)Runnable接口到目前為止，線程都是通過擴(kuò)展Thread類來創(chuàng)建的，如果程序員需要繼承其他類(非Thread類)并使該程序可以使用線程，就需要使用Runnable接口。實(shí)現(xiàn)Runnable接口的語法如下：publicclassMyThreadextendsObjectimplementsRunnable16.2.2實(shí)現(xiàn)Runnable接口實(shí)現(xiàn)Runnable接口的程序會(huì)創(chuàng)建一個(gè)Thread對象，并將Runnable對象與Thread對象相關(guān)聯(lián)。Thread類中有如下兩個(gè)構(gòu)造方法：publicThread(Runnabler)publicThread(Runnable

r,Stringname)這兩個(gè)構(gòu)造方法的參數(shù)中都存在Runnable實(shí)例，使用以上構(gòu)造方法就可以將Runnable實(shí)例與Thread實(shí)例相關(guān)聯(lián)。16.2.2實(shí)現(xiàn)Runnable接口使用Runnable接口啟動(dòng)新的線程的步驟如下：1）建立Runnable對象。2）使用參數(shù)為Runnable對象的構(gòu)造方法創(chuàng)建Thread實(shí)例。3）調(diào)用start()方法啟動(dòng)線程。16.2.2實(shí)現(xiàn)Runnable接口16.2.2實(shí)現(xiàn)Runnable接口通過Runnable接口創(chuàng)建線程時(shí)首先需要編寫一個(gè)實(shí)現(xiàn)Runnable接口的類，然后實(shí)例化該類的對象，這樣就建立了Runnable對象；接下來使用相應(yīng)的構(gòu)造方法創(chuàng)建Thread實(shí)例；最后使用該實(shí)例調(diào)用Thread類中的Start()方法啟動(dòng)線程。classMyThread2implements

Runnable{

privateStringname;

publicMyThread2(Stringname){

this.name=name;}public

voidrun(){

for(inti=1;i<10;i++)

System.out.println(name+"運(yùn)行:"+i);}}public

static

void

main(String[]args){

new

Thread(new

MyThread2("th1")).start();

new

Thread(new

MyThread2("th2")).start();/*MyThread2th1=newMyThread2("th1");Threadthobj1=newThread(th1);MyThread2th2=newMyThread2("th2");Threadthobj2=newThread(th2);thobj1.start();thobj2.start();*/}16.2.2實(shí)現(xiàn)Runnable接口實(shí)現(xiàn)Runnable接口比繼承Thread類所具有的優(yōu)勢：適合多個(gè)相同的程序代碼的線程去處理同一個(gè)資源可以避免java中的單繼承的限制增加程序的健壯性，代碼可以被多個(gè)線程共享，代碼和數(shù)據(jù)獨(dú)立16.3線程的生命周期線程生命周期中的各種狀態(tài)16.3線程的生命周期線程具有生命周期，其中包含7種狀態(tài)，分別為出生狀態(tài)、就緒狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、等待狀態(tài)、休眠狀態(tài)、阻塞狀態(tài)和死亡狀態(tài)。出生狀態(tài)就是用戶在創(chuàng)建線程時(shí)處于的狀態(tài)，在用戶使用該線程實(shí)例調(diào)用start()方法之前線程都處于出生狀態(tài)；當(dāng)用戶調(diào)用start()方法后，線程處于就緒狀態(tài)（又被稱為可執(zhí)行狀態(tài)）；當(dāng)線程得到系統(tǒng)資源后就進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。16.3線程的生命周期一旦線程進(jìn)入可執(zhí)行狀態(tài)，它會(huì)在就緒與運(yùn)行狀態(tài)下輾轉(zhuǎn)，同時(shí)也有可能進(jìn)入等待、休眠、阻塞或死亡狀態(tài)。當(dāng)處于運(yùn)行狀態(tài)下的線程調(diào)用Thread類中的wait()方法，該線程處于等待狀態(tài)，進(jìn)入等待狀態(tài)的線程必須調(diào)用Thread類中的notify()方法才能被喚醒，而notifyAll()方法是將所有處于等待狀態(tài)下的線程喚醒；16.3線程的生命周期當(dāng)線程調(diào)用Thread類中的sleep()方法，則會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài)。如果一個(gè)線程在運(yùn)行狀態(tài)下發(fā)出輸入/輸出請求，該線程將進(jìn)入阻塞狀態(tài)，在其等待輸入/輸出結(jié)束時(shí)線程進(jìn)入就緒狀態(tài)，對于阻塞的線程來說，即使系統(tǒng)資源空閑，線程依然不能回到運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)線程的run()方法執(zhí)行完畢時(shí)，線程進(jìn)入死亡狀態(tài)。16.3線程的生命周期雖然多線程看起來像同時(shí)執(zhí)行，但事實(shí)上在同一時(shí)間點(diǎn)上只有一個(gè)線程被執(zhí)行，只是線程之間切換較快，所以才會(huì)使人產(chǎn)生線程是同時(shí)進(jìn)行的假象。在Windows操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)會(huì)為每個(gè)線程分配一小段CPU時(shí)間片，一旦CPU時(shí)間片結(jié)束就會(huì)將當(dāng)前線程換為下一個(gè)線程，即使該線程沒有結(jié)束的情況下。16.3線程的生命周期根據(jù)圖16-5所示，可以總結(jié)出使線程進(jìn)入阻塞狀態(tài)有以下幾種可能。調(diào)用sleep()方法。調(diào)用wait()方法。等待輸入/輸出完成。16.3線程的生命周期當(dāng)線程處于阻塞狀態(tài)后，可通過以下幾種方式使線程再次進(jìn)入就緒狀態(tài)。線程調(diào)用notify()方法。線程調(diào)用notifyAll()方法。線程調(diào)用interrupt()方法。線程的休眠時(shí)間結(jié)束。

輸入/輸出結(jié)束。16.4操作線程的方法16.4.1線程的休眠16.4.2線程的加入16.4.3線程的中斷16.4.4線程的禮讓16.4.1線程的休眠一種能控制線程行為的方法是調(diào)用sleep()方法，sleep()方法需要一個(gè)參數(shù)用于指定該線程休眠的時(shí)間，該時(shí)間使用毫秒為單位。它通常是在run()方法內(nèi)的循環(huán)中被使用。sleep()方法的語法如下：try{ Thread.sleep(2000);}catch(InterruptedExceptione){

e.printStackTrace();}public

voidrun(){

System.out.println("開始執(zhí)行線程。。。");

System.out.println("進(jìn)入睡眠狀態(tài)。。。");

try{Thread.sleep(3000);}catch(InterruptedExceptione){

e.printStackTrace();}

System.out.println("線程結(jié)束。。。");}16.4.2線程的加入如果當(dāng)前某程序?yàn)槎嗑€程程序，假如存在一個(gè)線程A，現(xiàn)在需要插入線程B，并要求線程B先執(zhí)行完畢，然后再繼續(xù)執(zhí)行線程A，此時(shí)可以使用Thread類中的join()方法來完成。這就好比此時(shí)正在看電視，卻突然有人上門收水費(fèi)，必須付完水費(fèi)后才能繼續(xù)看電視。當(dāng)某個(gè)線程使用join()方法加入到另外一個(gè)線程時(shí)，另一個(gè)線程會(huì)等待該線程執(zhí)行完畢再繼續(xù)執(zhí)行。16.4.2線程的加入為什么要用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。classThread1extendsThread{privateStringname;

publicThread1(Stringname){this.name=name;}

public

voidrun(){

for(inti=0;i<3;i++){

System.out.println("子線程"+name+"運(yùn)行:"+i);

try{

sleep((int)Math.random()*10);}catch(InterruptedExceptione){

e.printStackTrace();}

}

}

}public

static

void

main(String[]args){

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"主線程運(yùn)行開始!");

Thread1mTh1=newThread1("A");Thread1mTh2=newThread1("B");mTh1.start();mTh2.start();

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"主線程運(yùn)行結(jié)束!");

}main主線程運(yùn)行開始!main主線程運(yùn)行結(jié)束!子線程B運(yùn)行:0子線程A運(yùn)行:0子線程B運(yùn)行:1子線程A運(yùn)行:1子線程B運(yùn)行:2子線程A運(yùn)行:2public

static

void

main(String[]args){…

Thread1mTh1=newThread1("A");Thread1mTh2=newThread1("B");mTh1.start();mTh2.start();

try{mTh1.join();mTh2.join();}catch(InterruptedExceptione){

e.printStackTrace();}…}main主線程運(yùn)行開始!子線程B運(yùn)行:0子線程B運(yùn)行:1子線程B運(yùn)行:2子線程A運(yùn)行:0子線程A運(yùn)行:1子線程A運(yùn)行:2main主線程運(yùn)行結(jié)束!16.4.3線程的中斷以前使用stop()方法停止線程，但當(dāng)前版本的JDK早已廢除了stop()方法，同時(shí)也不建議使用stop()方法來停止一個(gè)線程的運(yùn)行?，F(xiàn)在提倡在run()方法中使用無限循環(huán)的形式，然后使用一個(gè)布爾型標(biāo)記控制循環(huán)的停止。class

ThreadTest

extendsThread{

private

intcount=10;

public

voidrun(){

while(true){

System.out.print(count+"");

if(--count==0){

return;}}}}16.4.4線程的禮讓Thread類中使用yield()方法表示禮讓，它只是給當(dāng)前正處于運(yùn)行狀態(tài)下的線程一個(gè)提醒，告知它可以將資源禮讓給其他線程。但這僅僅是一種暗示，沒有任何一種機(jī)制保證當(dāng)前線程會(huì)將資源禮讓。對于支持多任務(wù)的操作系統(tǒng)來說，不需要調(diào)用yeild()方法，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)會(huì)為線程自動(dòng)分配CPU時(shí)間片來執(zhí)行。16.5線程的優(yōu)先級每個(gè)線程都具有各自的優(yōu)先級，線程的優(yōu)先級可以在程序中表明該線程的重要性，如果有很多線程處于就緒狀態(tài)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)優(yōu)先級來決定首先使哪個(gè)線程進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。但這并不意味著低優(yōu)先級的線程得不到運(yùn)行，而只是它運(yùn)行的幾率比較小，比如垃圾回收線程的優(yōu)先級就較低。16.5線程的優(yōu)先級Thread類中包含的靜態(tài)成員變量代表了線程的某些優(yōu)先級，比如Thread.MIN_PRIORITY（常數(shù)1）、Thread.MAX_PRIORITY（常數(shù)10）、Thread.NORM_PRIORITY（常數(shù)5）。其中每個(gè)線程的優(yōu)先級都在Thread.MIN_PRIORITY~Thread.MAX_PRIORITY之間，在默認(rèn)情況下其優(yōu)先級都是Thread.NORM_PRIORITY。每個(gè)新產(chǎn)生的線程都繼承了父線程的優(yōu)先級。16.5線程的優(yōu)先級在多任務(wù)操作系統(tǒng)中，每個(gè)線程都會(huì)得到一小段CPU時(shí)間片運(yùn)行，在時(shí)間結(jié)束時(shí)，將輪換另一個(gè)線程進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)選擇與當(dāng)前線程優(yōu)先級相同的線程予以運(yùn)行。系統(tǒng)始終選擇就緒狀態(tài)下優(yōu)先級較高的線程進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。線程的優(yōu)先級可以使用setPriority()方法調(diào)整，如果使用該方法設(shè)置的優(yōu)先級不在1~10之內(nèi)，將產(chǎn)生一個(gè)IllegalArgumentException異常。16.5線程的優(yōu)先級16.5線程的優(yōu)先級在圖16-9中，優(yōu)先級為5的線程A首先得到CPU時(shí)間片；當(dāng)該時(shí)間結(jié)束后，輪換到與線程A相同優(yōu)先級的線程B；當(dāng)線程B的運(yùn)行時(shí)間結(jié)束后，會(huì)繼續(xù)輪換到線程A，直到線程A與線程B都執(zhí)行完畢，才會(huì)輪換到線程C；當(dāng)線程C結(jié)束后，最后才會(huì)輪到線程D。classMyThread51extendsThread{

publicMyThread51(Stringname){

super(name);}

public

voidrun(){

for(inti=0;i<5;i++){

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"("+Thread.currentThread().getPriority()+")"+",loop"+i);}}

}

public

static

void

main(String[]args){

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"("+Thread.currentThread().getPriority()+")");Threadt1=newMyThread51("t1");Threadt2=newMyThread51("t2");t1.setPriority(1);t2.setPriority(10);

t1.start();t2.start();

}main(5)t1(1),loop0t1(1),loop1t1(1),loop2t1(1),loop3t1(1),loop4t2(10),loop0t2(10),loop1t2(10),loop2t2(10),loop3t2(10),loop416.6線程同步16.6.1線程安全16.6.2線程同步機(jī)制16.6.1線程安全所以在編寫多線程程序時(shí)，應(yīng)該考慮到線程安全問題。實(shí)質(zhì)上線程安全問題來源于兩個(gè)線程同時(shí)存取單一對象的數(shù)據(jù)。在一個(gè)時(shí)刻只能被一個(gè)線程訪問的資源稱為臨界資源，而訪問臨界資源的那段代碼被稱為臨界區(qū)。臨界區(qū)的使用必須互斥地進(jìn)行，即一個(gè)線程在臨界區(qū)中執(zhí)行代碼時(shí)，其他線程不能進(jìn)入臨界區(qū)。16.6.1線程安全在代碼中判斷當(dāng)前票數(shù)是否大于0，如果大于0則執(zhí)行將該票出售給乘客功能，但當(dāng)兩個(gè)線程同時(shí)訪問這段代碼時(shí)（假如這時(shí)只剩下一張票），第一個(gè)線程將票售出，與此同時(shí)第二個(gè)線程也已經(jīng)執(zhí)行完成判斷是否有票的操作，并得出結(jié)論票數(shù)大于0，于是它也執(zhí)行售出操作，這樣就會(huì)產(chǎn)生負(fù)數(shù)。class

ThreadSafeTest

implements

Runnable{

intnum=10;//設(shè)置當(dāng)前總票數(shù)

public

voidrun(){

while(num>0){

try{Thread.sleep(100);}catch(Exceptione){

e.printStackTrace();}

System.out.println("tickets"+num--);}}}

public

static

void

main(String[]args){

ThreadSafeTestt=new

ThreadSafeTest();ThreadtA=new

Thread(t);

//以該類對象分別實(shí)例化4個(gè)線程

ThreadtB=new

Thread(t);ThreadtC=new

Thread(t);ThreadtD=new

Thread(t);

tA.start();//分別啟動(dòng)線程

tB.start();

tC.start();

tD.start();}tickets10tickets8tickets9tickets7tickets6tickets4tickets5tickets6tickets3tickets2tickets1tickets0tickets-1tickets-216.6.2線程同步機(jī)制如何解決資源共享的問題？基本上所有解決多線程資源沖突問題都會(huì)采用給定時(shí)間只允許一個(gè)線程訪問共享資源，這時(shí)就需要給共享資源上一道鎖。為了解決多線程并發(fā)操作可能引起的數(shù)據(jù)混亂，在java中，引入對象“互斥鎖”，以保證共享數(shù)據(jù)操作的完整性。16.6.2線程同步機(jī)制1)同步塊在Java中提供了同步機(jī)制，可以有效地防止資源沖突。同步機(jī)制使用synchronized關(guān)鍵字。

synchronized(Object){}Object為任意一個(gè)對象,每個(gè)對象都存在一個(gè)標(biāo)志位,并具有兩個(gè)值,分別為0和1。一個(gè)線程運(yùn)行到同步塊時(shí)首先檢查該對象的標(biāo)志位，如果為0狀態(tài)，表明此同步塊中存在其他線程在運(yùn)行。這時(shí)該線程就處于就緒狀態(tài)，直到處于同步塊中的線程執(zhí)行完同步塊中的代碼為止。這時(shí)該對象的標(biāo)識位被設(shè)置為1，該線程才能執(zhí)行同步塊中的代碼，并將Object對象的標(biāo)識位設(shè)置為0，防止其他線程執(zhí)行同步塊中的代碼。

public

voidrun(){

synchronized(""){

while(num>0){

try{Thread.sleep(100);}catch(Exceptione){

e.printStackTrace();}

System.out.println("tickets"+num--);}

}}16.6.2線程同步機(jī)制2)同步方法同步方法就是在方法前面修飾synchronized關(guān)鍵字的方法，其語法如下。

synchronizedvoidf(){}當(dāng)某個(gè)對象調(diào)用了同步