java多线程与进程调度

1、Java多线程与异常处理(2009-02-16 15:18:50)转载标签：分类：JavaitJava 有两个机制： 多线程 (Multithread)和异常处理 (Exception)。本章前半部分是关于Thread 这一基本类以及一套先进的同步原语的介绍，它们使得利用Java 编写多线程大为方便。在本章的后半部分我们将介绍Java 的异常处理机制(Exception)，异常处理机制提高了程序的健壮性。另外，本章中间将介绍一个Java 的 debugger 工具 Jdb 的使用， Jdb 工具对于调试多线程程序尤其有好处。5.1多线程 (Multithread)5.1.1线程的基本概念在介绍

2、多线程之前，我们先来了解一些相关的基本概念。一般来说，我们把程序的一次执行称为进程(process)。一个进程包括一个程序模块和该模块一次执行时所处理的数据。每个进程与其它进程拥有不同的数据块，其内存地址是分开的。进程之间的通信要通过寻址，一般需使用信号、管道等进行通信。线程(thread)是指进程内部一段可独立执行的有独立控制流的指令序列。子线程与其父线程共享一个地址空间，同一个任务中的不同线程共享任务的各项资源。多进程与多线程是多任务的两种类型。以前的操作系统，如Win31，只运行多进程，而Win95 及 WinNT则支持多线程与多进程。Java通过提供Package 类 (Java.la

3、ng.package)支持多进程，而提供Thread 类来支持多线程。多线程与多进程的主要区别在于，线程是一个进程中一段独立的控制流，一个进程可以拥有若干个线程。在多进程设计中各个进程之间的数据块是相互独立的，一般彼此不影响，要通过信号、管道等进行交流。而在多线程设计中，各个线程不一定独立，同一任务中的各个线程共享程序段、数据段等资源，如图5.1 。正如字面上所表述的那样，多线程就是同时有多个线程在执行。在多CPU的计算机中，多线程的实现是真正的物理上的同时执行。而对于单CPU的计算机而言，实现的只是逻辑上的同时执行。在每个时刻，真正执行的只有一个线程，由操作系统进行线程管理调度，但由于 CP

4、U 的速度很快，让人感到像是多个线程在同时执行。多线程比多进程更方便于共享资源，而 Java 又提供了一套先进的同步原语解决线程之间的同步问题，使得多线程设计更易发挥作用。用 Java 设计动画以及设计多媒体应用实例时会广泛地使用到多线程，在后面几章你将看到多线程的巨大作用，当然，现在必须先学习一些多线程的基本知识，慢慢地你就体会到它的优越性。5.1.2线程的状态如同进程有等待、运行、就绪等状态一样，线程也有其状态。当一个线程通过new 被创建但还未运行时，称此线程处于准备状态(new 状态 ) 。当线程调用了start()方法或执行run() 方法后，则线程处于可运行状态。若在等待与其它线程

5、共享资源，则称线程处于等待状态。线程的另一个状态称为不可运行(not runnable)状态，此时线程不仅等分享处理器资源，而且在等待某个能使它返回可运行状态的事件，例如被方法suspend() 挂起的进程就要等待方法resume()方可被唤醒。当调用了stop() 方法或线程执行完毕，则线程进入死亡(dead) 状态。线程的各个状态之间的转换关系见图5.2 。5.1.3创建线程在了解基本概念后，下面学习如何在Java 中创建多线程。Java 通过 java.lang.Thread类来支持多线程。在Thread 类中封装了独立的有关线程执行的数据和方法，并将多线程与面向对象的结构合为一体。Ja

6、va 提供了两种方法创建线程，一种是继承Thread 类，另一种则是实现接口Runnable 。1. 继承 Thread 类通过继承Thread 类创建线程十分简单，只需要重载run()方法提供执行入口就可以，下面我们通过例5.1 来解释说明。例 5.1 ThreadTest1.java。1. import java.lang.Thread;2. import java.lang.System;3. import java.lang.Math;4. import java.lang.InterruptedException;5.6. class ThreadTest17. public sta

7、tic void main(String args)8. throws java.io.IOException9. System.out.println(If want to show the result,press return);10. MyThread thread1=new MyThread(thread1);11.MyThread thread1=new MyThread(thread2);/创建了两个线程thread1和 thread212.thread1.start();/开始执行线程13. thread2.start();14. char ch;15.while(ch=(ch

8、ar)System.in.read() != );/不断循环，等待输入回车符16. thread1.tStart();/改变 thread1 和 thread2 中的循环控制变量的值17. thread2.tStart();/以下部分保证 main() 方法是最后一个结束的18. while(thread1.isAlive()|(thread2.isAlive();19.20. System.out.println(The test is end.);21. 22. 23.24. / 类 MyThread 继承了类 Thread25. class MyThread extends Thread

9、26. private boolean keepRunning=true;27.public MyThread(String id)/类 MyThread 的构造方法28. super(id);29. 30.void randomWait()/让线程处于等待状态31. try32. sleep(long)(3000*Math.random();33. 34. catch(InterruptedException x)35. System.out.println(Interrupted!);36. 37. 38. public void tStart()39. keepRunning=false

10、;40. 41.public void run()/重写了类Thread 中的方法run(),main()中调用 Thread 的方法 start()后将自动调用此方法42. int i=0;43.while(keepRunning) i+;/i代表循环次数44. / 输出结果45. for(int j=0;j=3;i+)46. randomWait();47.System.out.println(I am+getName()+ I have run+i+times.);48. i+;49. 50. System.out.println(getName()+ is dead!);51. 52.

11、 53.这个程序中创建了两个线程thread1和 trhrad2 。每个线程将打印一些内容。当线程死亡时，将打印出线程死亡信息。试着执行一下这个程序，你将发现每次的结果都不尽相同。运行结果： ( 略 )下面我们分析一下这个程序。为创建Thread，第一行你必须写import java.lang.Thread。行 625 中书写的类ThreadTest1包含了一个main() 方法 ( 行 724) 。行8 的throws java.io.IOException暗示了main() 方法中可以产生IOException(有关异常处理后面几节将详细介绍) ，这主要是为了调用方法System.in.r

12、ead()实现输入功能。 main()方法中创建了两个MyThread 的对象，即行10 的 thread1与行 11 的 thread2。行 2855 中书写的类MyThread 是 Thread 类的子类。在类MyThread 中重写了方法run()(行 4354) 。在此种构造线程的方法中，这是必须的。行2933 定义了 MyThread 类的构造方法MyThread(String id)。行 32 和行 40 定义了方法randomWait()和 tStart()。在 ThreadTest1 的 main() 方法中，当行 13 调用 thread1.start()与 thread2.

13、start()后，线程 thread1与 thread2进入可运行状态，分别自动执行其run()方法，而 main() 方法也继续执行，此时相当于有三个线程在同时执行。看一下程序，此时thread1与 thread2在执行第4454 行的 run() 方法，为断循环并累计循环次数，而main() 则在等待循环直至入为回车符。 输入回车符， main() 方法结束循环， 继续执行，调用了 MyThread 中方法tStart()(41 43 行) ，这样结束了Thread1 与 Thread2在 run() 方法中的循环，开始执行输出。由于 thread1 ， thread2 与 main()

14、三个线程轮流占有 CPU，所以显示了各自结果，这也是为何多次执行结果不同的原因，此时体现了多线程的功能。请注意一下Run() 中调用了 MyThread 类中自定义的方法randomWait()(3340 行 ) 。在 randomWait() 中调用了方法sleep()，sleep()方法是 Thread 类中的方法， 它让正在执行的线程小睡片刻，进入不可运行状态(notrunnable状态 ) ，当时间到时， 线程会回复到runnable状态。当线程执行sleep()时，有可能会被打断，因而程序中加了一段处理InterruptedException的中断处理和打印信息，这样加强了程序的健壮

15、性。另外，人们会注意到，在main() 中有一段循环并未完成什么功能，这是为了简化程序，其实那段时间中你可以做你想完成的任何工作。但请注意，在执行时，最后一个结束的必须是main() 方法，而不可以是其它，否则执行结束将不返回C：提示符，这也是在程序中为何调用了isAlive()方法进行判别的原因。调用类Thread 的 isAlive()方法可以测试线程是否仍在运行状态( 此外指还未死亡) 。至此，你已真正了解了你的第一个关于Thread 的程序，其实Thread 中还有很多方法在此未被使用，后面将会进一步介绍。下面先介绍一下创建Thtead 的另一个方法：利用实现接口Runnable 创建

16、 Thread 。2. 实现接口 Runnable使用用类java.lang.Runnable中的接口Runnable也可创建线程。下面的例子与例5.1 实现的功能相同，只是它利用接口Runnable来实现。例 5.2 ThreadTest2.java。1. import java.lang.Thread;2. import java.lang.System;3. import java.lang.Math;4. import java.lang.InterruptedException;5. import java.lang.Runnable;6.7. class ThreadTest28.

17、 public static void main(String args)9. throws java.io.IOException10.System.out.println(If want to show the result,press return);/创建了两个MyClass 类的对象 /class1和 class2 ，MyClass 类实现了接口Runnable11. MyClass class1 = new MyClass(thread1);12. MyClass class2 = new MyClass(thread2);/创建了两个 MyClass 类的对象 class1 和

18、class2 ，MyClass 类实现了接口Runnable13. Thread thread1=new Thread(class1);14.Thread thread2=new Thread(class2);/将对象 class1和 class2作为参数传给Thread 类的构造函数，创建了两个线程thread1和 thread2 。15.thread1.start();/开始执行线程16. thread2.start();17. char ch;18.while(ch=(char)System.in.read() != );/不断循环，等待输入回车符19. class1.tStart();

19、/改变 thread1 和 thread2 中的循环控制变量的值20. class2.tStart();/以下部分保证 main() 方法是最后一个结束的21. while(thread1.isAlive()|(thread2.isAlive();22.23. System.out.println(The test is end.);24. 25. 26.27. / 类 MyClass 实现了接口 Runnable28. class MyClass implements Runnable29. boolean keepRunning=true;30. String name;31.public

20、 MyClass(String id)/类 MyClass 的构造方法32. name=id;33. 34.void randomWait()/让线程处于等待状态35. try36.Thread.currentThread().sleep(long)(3000*Math.random();/注意： 接口 Runnable 中没有方法 sleep(),所以必须先调用 Thread 的类方法 currentThread()来获取一个 Thread 的对象，然后再调用方法 seleep()37. 38. catch(InterruptedException x)39. System.out.prin

21、tln(Interrupted!);40. 41. 42. public void tStart()43. keepRunning=false;44. 45.public void run()/与程序 ThreadTest1.java类似46. int i=0;47.while(keepRunning) i+;/i代表循环次数48. / 输出结果49. for(int j=0;j=3;j+)50. randomWait();51.System.out.println(I am +name+ I have run +i+ times.);52. i+;53. 54. System.out.pri

22、ntln(name+ is dead!);55. 56. 57.运行结果：( 略 )ThreadTest2创建 thread1与 thread2的方法 (11 14 行 ) 与 ThreadTest1不同， ThreadTest2直接创建了一个 Thread的对象，并将Myclass 的对象作为参数传给Thread 的构造方法。任何实现了Runnable 接口的类的对象都可以作Thread 构造方法的参数。在 main() 方法中，其余部分程序 ThreadTest2与 ThreadTest1.java相同。ThreadTest2的 MyClass 类 (31 59 行) 实现了接口 Runn

23、able ，注意 MyClass 的构造方法实现了name这一类变量，实现run() 时不需要调用 Thread 的方法 getName() ，但在实现 randomWait() 时要使用 Thread.currentThread().Sleep()(39行) ，因为 Runnable 接口并未提供方法 sleep()，因而实现时必须调用Thread 的类方法 currentThread()来调用 sleep()。事实上，无论用继承Thread 的方法或用实现接口Runnable 的方法来实现多线程，在程序书写时区别不大，只需概念清楚略加注意便可。使用继承Thread 类的方法比较简单易懂，实

24、现方便。但如果你创建的Thread 需要是某个其它类的子类时，使用继承Thread 的方法就会出麻烦。比如，实现Applet时，每个 applet 必须是 java.applet.Applet的子类，此时想要实现多线程，只有通过使用Runnable接口，当然，使用 Runnable 接口来实现线程，在书写时会比较麻烦，因为你将不得不多做一些工作才可调用Thread 的方法。3. 线程同步在使用多线程时，由于可以共享资源，有时就会发生冲突。举一个简单的例子，有两个线程thread1负责写， thread2负责读，当它们操作同一个对象时，会发现由于thread1 与 thread2是同时执行的，因

25、此可能thread1修改了数据而thread2 读出的仍为旧数据，此时用户将无法获得预期的结果。问题之所以产生主要是由于资源使用协调不当( 不同步 ) 造成的。以前，这个问题一般由操作系统解决，而 Java 提供了自己协调资源的方法。Java 提供了同步方法和同步状态来协调资源。Java 规定：被宣布为同步( 使用 Synchronized关键字 ) 的方法，对象或类数据，在任何一个时刻只能被一个线程使用。通过这种方式使资源合理使用，达到线程同步的目的。我们将程序5.1 的类 MyThread 中的方法run()改成如下所示( 见程序片段5.3)，并加入一个类SynchronizedShow实

26、现同步，大家可以运行看到执行结果：每次执行Show() 的只有一个线程。例5.3 ThreadTest3.java片段public void run()int i=0;while(keepRunning) i+;/i代表循环次数/ 输出结果SynchronizedShow.show(getName(),i);SynchronizedShow.println(getName()+is dead!);class SychronizedShow/ 方法 show(String,int)被宣布为同步的方法，因此每次只有一个线程能调用这个方法public static synchronized void

27、 show(String,name,int i)int k;k=i;for(intj=0;jjdb在执行之前，请用带-g参数的javac对程序进行编译，本节我们使用了前一章中check.java，第一步先重新编译方法如下：C:synetjavajavaexmplesjavac -g check.java用下面的方法可以进入jdb，可以直接在jdb后紧接要调试的类名，也可缺省，在进入jdb后利用load载入要调试的类。C:MyDemodawnjdb CheckInitializing jdb.0xe8d370:class(Check)在 Check 这一类名前的16 进制数是Check 类在 J

28、ava 运行时的标识。进入了 jdb后，可以使用 help来获取所需的使用信息： help* command list *run class args- start execution of applications main classthreads threadgroup- list threadsthread- set default threadsuspend thread id(s)- suspend threads (default: all)resume thread id(s)- resume threads (default: all)where thread id | al

29、l- dump a threads stackwherei thread id | all- dump a threads stack, with pc infoup n frames- move up a threads stackdown n frames- move down a threads stackkill- kill a thread with the given exception objectinterrupt- interrupt a threadprint- print value of expressiondump- print all object informat

30、ioneval- evaluate expression_r(same as print)set =- assign new value to field/variable/array elementlocals- print all local variables in current stack frameclasses- list currently known classesclass- show details of named classmethods- list a classs methodsfields- list a classs fieldsthreadgroups- l

31、ist threadgroupsthreadgroup- set current threadgroupstop in .(argument_type,.)- set a breakpoint in a methodstop at : - set a breakpoint at a line clear .(argument_type,.)- clear a breakpoint in a methodclear : - clear a breakpoint at a lineclear- list breakpointscatch- break when specified exceptio

32、n thrownignore- cancel catch for the specified exceptionwatch access|all .- watch access/modifications to a fieldunwatch access|all .- discontinue watching access/modifications to a fieldtrace methods thread - trace method entry and exituntrace methods thread - stop tracing method entry and exitstep

33、- execute current linestep up- execute until the current method returns to its callerstepi- execute current instructionnext- step one line (step OVER calls)cont- continue execution from breakpointlist line number|method - print source codeuse (or sourcepath) source file path- display or change the s

34、ource pathexclude class id . | none- do not report step or method events for specified classes classpath - print classpath info from target VMmonitor- execute command each time the program stopsmonitor- list monitorsunmonitor- delete a monitorread- read and execute a command filelock- print lock inf

35、o for an objectthreadlocks thread id - print lock info for a threaddisablegc- prevent garbage collection of an objectenablegc- permit garbage collection of an object!- repeat last command- repeat command n timeshelp (or ?)- list commandsversion- print version informationexit (or quit)- exit debugger

36、: full class name with package qualifiers or a pattern with a leading or trailing wildcard (*).: thread number as reported in the threads command: a Java(tm) Programming Language expression. Most common syntax is supported.Startup commands can be placed in either jdb.ini or .jdbrcin user.home or user.dir利用命令stop in .可以在方法中设置断点，用命令run 运行方法。stop in Check.mainBreakpoint set Check.mainrun Checkrunning.main1Breakpoint hit: Check.main(Chech:18)mai