Java程序设计-13-多线程.ppt

Java程序设计,第13章 多线程开发,学习目标,理解多线程概念和运行机制 能够区别Thread和Runnable两种方法创建线程的差异 掌握线程的并发访问处理机制，避免冲突和死锁 理解线程的生命周期，掌握线程状态变换的条件,基本概念 程序和进程 进程和线程 Java中的线程技术,13.1创建线程,继承了父类Thread，表明了它是一个线程类 构造方法中的String类型的参数是作为线程的名字 每个线程类都需要覆盖从父类Thread继承的run方法,public class Clerk extends Thread public Clerk(String name) super(name); Override public void run() super.run(); / 添加具体的工作代码 ,构造函数 Thread() Thread(Runnable target) Thread(Runnable target, String name) Thread(String name),13.1.2实现Runnable接口创建线程目标类,Thread类同样实现了Runnable接口。 如果在run()方法运行时，需要获得当前执行线程的信息，可以使用Thread的类方法currentThread()获得。,public class Clerk implements Runnable Override public void run() / 添加具体的工作代码 ,Thread clerk=new Thread(new Clerk();,13.1.3 定义线程执行的任务,定制线程的任务体 要想使得创建的线程对象能够按照要求工作，还必须为它分派任务。就是重写线程类中的run()方法。 需要注意的是，这里定义的run()方法只是一个线程实例运行时会自动执行的任务代码，由虚拟机环境来寻找并执行run（）方法中的任务代码，应用程序不要直接执行该方法。,public class Clerk implements Runnable Override public void run() while(true) 从排队机上获取一份新的业务 if 没有业务 休息，直到得到业务办理通知 else 判断业务类型，进行处理 处理完一笔，允许休息一定时间 ,13.1.4创建线程实例，执行任务,基于Runnable接口的实现类创建线程实例,基于Thread及其子类创建实例,Clerk clerk=new Clerk();,Thread clerk=new Thread(new Clerk();,启动线程,clerk.start();,13.2失控的线程,如果一个程序运行中创建的多个线程互不影响，那么多线程的编程也许是一件很简单的事情，但现实往往比预想的复杂，多线程的编程困难之处在于线程间共享资源出现的协同工作问题。,13.3线程间的同步和互斥,互斥对象的访问 当多个线程同时对同一个对象状态进行更新时，就可能会导致更新异常。为了避免这种异常，Java语言提供了synchronized关键字用于对象更新的保护。 synchronized包含的代码块看做是“临界区”。在Java语言中，要想进入这个临界区，首先要获得受保护对象（如tran.getAccount()对象）的监视器(monitor)。 另外，当线程不能获得该对象的锁时，线程将会被阻塞，暂时停止运行，一直到它获得锁，然后继续运行程序。,13.3.2互斥方法的访问,对同一个对象的方法互斥访问,/* 程序13-1 QueueMachine：增加了方法保护机制的排队机 */ import java.util.LinkedList; public class QueueMachine private LinkedList queue = new LinkedList(); private boolean isEmpty() return queue.isEmpty(); public synchronized Transaction get() Transaction tran = queue.poll(); return tran; public synchronized void add(Transaction tran) this.queue.add(tran); ,synchronized的作用 任何时候只能有一个线程访问一个对象里受此修饰符保护的方法。 当一个对象有多个synchronized修饰的方法时，任何时候只能有一个这样的受保护方法被一个线程所执行。 不同线程执行同一类型的不同对象中的受保护方法时，彼此互不影响。 附加上synchronized修饰符的方法，同一对象在一个时刻只能被一个线程所访问，可能会造成排队执行的现象，影响程序执行的性能。,13.3.3线程间的同步,同步问题 什么是同步？ 利用wait()/notify()/notifyAll()解决线程同步问题,13.3.3线程间的同步,wait()方法 当对象执行该方法时，正在访问此对象的线程将被阻塞，暂时停止运行，直到其它线程执行这个对象的notify()或notifyAll()方法，唤醒它为止。唤醒后的线程应该继续对导致该线程被提醒的条件进行测试，如果不满足该条件，则继续等待。,/访问互斥对象 synchronized (obj) while () obj.wait(); . /条件满足时的代码 ,/访问互斥方法 synchronized type method() while () this.wait(); . /条件满足时的代码 ,/银行职员线程调用get方法，从排队机获得一项业务 public synchronized Transaction get() hrows InterruptedException while(queue.isEmpty() this.wait(); Transaction tran = queue.poll(); return tran; ,notify()方法 唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。如果多个线程都在此对象上等待，则会选择唤醒其中一个线程，选择是任意性的。直到当前线程放弃此对象上的锁定，被唤醒的线程才能继续执行。 notifyAll()方法 唤醒在此对象监视器上等待的所有线程，这些线程经会重新请求此对象的监视器，获得后继续执行。同notify()一样，直到当前线程放弃此对象上的锁定，被唤醒的线程才能继续执行。,/业务发生器线程调用add方法，向排队机增加一项待处理业务 public synchronized void add(Transaction tran) this.queue.add(tran); this.notifyAll(); ,注意,实践中使用wait-notify机制时需要注意以下几个问题。 wait()、notify()和notifyAll()方法均应置入临界区内的代码中，也就是说，当一个线程碰到此类方法时，但并没有获得该方法所在对象的监视器时，一个IllegalMonitorStateException异常将会被抛出。 wait()方法总是处在一个循环语句内，循环的作用在于检测是否拥有足够的资源一边继续运行线程，如果条件不满足，则线程将被置于该方法所属对象的监视器等待队列中。,13.3.4线程的死锁问题,在多线程访问时，除了上述的线程冲突外，另外一种需要避免的就是著名的死锁了，如下面的代码就反映了典型的死锁关系。,13.4线程的状态与转换,新建就绪,Clerk clerk1 = new Clerk(queue, “职员甲“);,新建状态,clerk1.start();,就绪状态,就绪-运行 应用程序不能控制线程从就绪转为运行状态，这种状态的变化是由系统调度实现的。当解释器调度执行线程实例的run()方法后，线程就开始运行，状态从就绪状态转化为运行状态。 当线程运行时，会一直运行到结束，除非遇到阻塞条件或者分配的时间片用完，或者被暂停。因此，应当精心的组织线程的运行任务代码，使得它不至于长时间的占据处理机资源而导致其它线程无法工作，特别是在单处理机环境下,运行就绪,public static void yield(),调用Thread类的类方法yield()，此方法暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。 调用此方法时如果没有其它线程正在等待的话，线程实例将会立即获得重新执行的机会。 在分时系统中，当线程分配到的处理机运行时间片，或在抢占式调度策略下，高优先级的线程到来，将抢占低优先级线程获得的处理机而优先运行，这些都会导致线程从运行状态转为就绪状态。,4 运行结束 在运行过程中，如果一切正常，通常会很快运行结束，因为一个线程的任务执行过程通常是一些比较关键的代码，不应耗费很长时间，否则就不足以应付高负载的业务请求。 在run()方法中的代码执行结束，线程就进入结束状态。 另外一种方法，通过调用线程对象的interrupt()方法，一个线程向另外一个线程发送消息告诉该线程应该停止运行。,public void interrupt(),5 运行阻塞 线程的运行并不总是一帆风顺。在运行的过程中,线程可能会遇到得不到足够的资源的情况，这些问题都会造成线程的阻塞 还有一种情况，两个或多个线程间需要协同，才能保证程序运行的正确性。例如，一个线程运行需要另外一个线程提供资源，在资源不足的情况下，线程就需要停下来等待。,（1）线程休眠,public static void sleep(long millis) throws InterruptedException,在线程的run()方法代码中的合适位置放置一条Thread.sleep()语句，执行该语句,将使线程状态置为阻塞(休眠)状态，直至苏醒。 该方法的参数即指定线程休眠的毫秒。如果线程休眠时间已到,线程就会被重新激活,并被置为就绪状态,等待获得处理机。 如果在休眠时，检测到了该线程的中断信号，将抛出InterruptedException异常，并清除该中断信号。 需要注意的是，只能在当前线程中执行sleep()方法，不能指定一个线程sleep，因为无法得知一个线程的准确状态，只有当前的线程正在运行，才可以使它休眠。 该方法的执行不会使当前线程丢失任何监视器的所属权。,（2）等待 当线程实例执行任务代码时,向另一对象obj发出消息,执行某一方法的过程中,如果obj执行wait()方法,则使得该线程实例被阻塞,成为该obj对象的等待线程队列中的一个。,3）连接线程 如果一个线程需要等待另外一个线程的消亡才可以继续执行，这是就可以用调用对方线程实例的join()方法。,public final void join() throws InterruptedException public final void join(long millis) throws InterruptedException,generator.join();/ 当前线程等待线程generator执行完后再继续往下执行。 generator.join(1000);/ 当前线程等待线程generator1000毫秒。,如果两个工作需要同步，其中一个工作需要等待另一项工作的结果，则代码可以类似下面程序：,B b = new B(); /创建线程实例b b.start();/做工作B A();/做工作A b.join();/当前线程等待线程B执行完成。 C();/继续工作C。,6 阻塞就绪 被阻塞的主要原因有sleep()、wait()和join()。 由于休眠造成的阻塞在休眠时间结束，阻塞就会被解除转入到就绪状态等待被调度执行。 由于碰到了wait()而引起的阻塞，则需要相应的notify()或者notifyAll()来唤醒才可以。 由于join()造成的阻塞，则相应线程执行完毕或时间结束，即可进入就绪状态。,13.5线程的管理,1.线程的优先级 线程的优先级用数字来表示，范围从1到10，即Thread.MIN_PRIORITY到Thread.MAX_PRIORITY。 一个线程的缺省优先级是5，即Thread.NORM_PRIORITY。 Java运行系统总是选择当前优先级最高的处于就绪状态的线程来执行。如果几个就绪线程由相同的优先级，将会用时间片方法轮流分配处理机。 当线程被创建后，可通过下述方法改变线程的优先级 int getPriority(); /得到线程的优先级 void setPriority(int newPriority);,13.5.2线程的中断,利用线程对象的interrupt()方法来向该线程发出一个中断信号。,public void interrupt(),通过发送中断消息的方式本身并不会停止线程的执行，只是在线程中设置了一个中断标记，表明了一个中断请求，这个标记如果生效，必须在run()方法中被检测 当线程在活动之前或活动期间处于正在等待、休眠或占用状态且该线程被中断时将会抛出异常InterruptedException,使用interrupted()方法检测线程的状态 Thread提供了一个类方法interrupted()来检测当前线程是否已经中断。,public static boolean interrupted(),interrupted()方法会检查当前线程的中断状态，如果为“被中断状态”则改变当前线程为“非中断状态”并返回true，如果为“非中断状态”则返回false。,利用isInterrupted ()检查线程的状态 Thread提供了一个实例方法isInterrupted ()来检测当前线程是否已经中断。,public boolean isInterrupted (),isInterrupted ()方法是一个线程对象的测试方法，用来从线程外部验证该线程是否被中断了，并且不会改变它的状态。,try Thread.sleep(rand.nextInt(200 + rand.nextInt(3); catch (InterruptedException e) if (queue.isEmpty() working = “closed“; ,13.5.3守护线程和用户线程,守护线程或用户线程。 public final void setDaemon(boolean on) 利用setDaemon(true)方法可以将该线程标记为守护线程，反之则是用户线程。 守护线程只是一个在后台运行的线程，从属于生成它的线程，一旦生成它的线程结束时，此守护线程也会一并结束。当正在运行的线程都是守护线程时，Java 虚拟机退出。 一个线程如果是由守护线程创建的，也默认是守护线程。 该方法必须在启动线程前调用，即在start()执行之前。 用户线程的运行独立于生成它的线程，也就是即使生成它的线程已经结束运行，用户线程还可以继续运行，直到结束,如何使用 例如，一个服务器进程可以创建若干个守护