java面向对象精髓编程-chp13多线程

Chp13多线本章导读并发编的支持很好，使用Java语言能够非常简单的写出多线编的代码。多线与并发的概并发与多进windowsWordeclipse写代码，开着一个QQ聊天，开着一个IEWinamp听歌„„这就意味着，在一个操作都需要在CPU上完成运算，也就是说，所有的序运行时，都需要占用CPU。那么，在系统中，是如何做到使用单CPU同时运行多个序的呢？假设我们同时开了多个序：Word，IE，QQ，Winamp，对于操作系统来说，这意味着有四个进要同时运行。为了解决这个问题，计算机规定了：让这四个进轮流使用CPU，CPU上只有一个序在运行。示意图如下： 如上图所示，在某个特定的CPU时间片中，只运行一个序。而操作系统控制CPU，让多个序不停的切换，从而保证多个序能够轮流使用CPU。CPUCPU时间片非常短，每次从这就是单CPU执行多任务的原理：利用很短的CPU时间片运行序，在多个序之间CPU时间片的进行快速切换。可以把这种运行方式总结成为一句话：宏观上并行，微线的概上面所说的，是操作系统与多进的概念。但是，由于Java代码是运行在JVM中的，操作系统打交道，因此，Java语言中没有多进的概念。也就是说，我们无法通过Java代Java中的并发，采用的是线的概念。简单的来说，一个操作系统可以同时运行多个目前为止，我们见到的Java序只有一个线，也就是说，只有一个序执行流。这个流从main方法的第一行开始执行，以main方法的退出作为结束。这个线我们称就是必须要为线写代码。这些代码是说明，启动线之后，这个线完成了什么功能，我其次，为了能够运行，线需要获得CPU。只有获得了CPU之后，线才能真正启动并且执行线的代码。CPU的调度工作是由操作系统来完成的。ThreadRunnableThreadpublicvoidrun()Thread中的run()即可。示例代码如下：classMyThread1extendsThread{publicvoidrun(){for(inti=1;i++){System.out.println(i+}}}classMyThread2extendsThread{publicvoidrun(){for(inti=1;i++){System.out.println(i+"}}}加start()方法，这个方法是从Thread类中继承来的。相关代码如下：publicclasspublicstaticvoidargs[]){Threadt1=newMyThread1();Threadt2=newMyThread2();}}12345678910111213949$$$10001000Threadt1=newMyThread1();Threadt2=new利用new关键字创建出来的，是JVM中的两个对象。这两个对象并不等于系统中的线，是run()，而不要去覆盖start()！调用完start()之后，线就开始真正启动了。可以猜测，在start()内部，会通过JVM跟底层的操作系统进行交互，请求系统创建一个新线。创建完新线之后，这个线执行的另外，当我们对两个对象调用了start方法之后，在我们的JVM中总共有几个线在运t1线：执行MyThread1中的run方法t2线：执行MyThread2中的run方法主线：执行main方法。但是，那样的话，并没有创建新线。例如，如果在主方法中这样来调用：runt1run方法，当t1的run方法返回之后，再执行t2线的run方法。也就是说，在主线运行了这两个run方法，序自始至终只有一个线在执行。Runnable接接口。Runnablejava.lang包中定义，在这个接口中，只包含一个方法：run()方法。void只需要实现这个run方法就可以了。MyThread2MyRunnable2，并且由继承Thread类改为实现Runnable接口。相应代码如下：classMyRunnable2implementsRunnable{publicvoidrun(){for(inti=1;i++){System.out.println(i+"}}}在上面的代码中，对run()方法的实现没有任何修改，而只是改动了第一行：把继承Thread类改成了实现Runnable接口。修改完了线的实现之后，还必须要修改一下创建线的代码。由于MyRunnable2类。换句话说，我们利用MyRunnable2创建出来的不是一个线对象，而是一个所谓的Runnabletarget=newThreadt2=new通过上面的两行代码，我们就可以利用Runnable接口的实现类来创建线对象。创建classMyThread1extendsThread{publicvoidrun(){for(inti=1;i++){System.out.println(i+}}classMyRunnable2implementsRunnable{publicvoidrun(){for(inti=1;i++){System.out.println(i+"}}}publicclasspublicstaticvoidargs[]){Threadt1=newMyThread1();Runnabletarget=newMyRunnable2();Threadt2=newThread(target);}}线的状线状态另外，要注意的是，当一个线调用start()方法之后，由初始状态进入了可运行状态。行状态转换为初始状态。也就是说，一旦调用完了start方法之后，线就进入了可运行状态而不会回到初始状态，因此对象的整个生命周期中，只能调用一次start()方法。如果对同一个线对象多次调用start()方法，会产生一个IllegalStateException异常。的准备，只等着获得CPU来运行。也就是说，线是万事俱备，只欠CPU。运行状态：处于这种状态的线获得了CPU时间片，正在执行代码。由于系统中只有一个CPU，因此，同时只能有一个线处于运行状态。当CPU空闲的时候，操作系统会检查是否有可运行状态的线。如果有一个或多个线处于可运行状态，系统会根据一定的规则挑选一个线，为这个线分配一个CPU时间务同时进行，会为线分配一个CPU时间片。当CPU时间片到期而线没有执行完毕时，线，为其分配CPU时间片。这就是运行状态和可运行状态之间的转换。线：主线。主线的启动没有必要经历初始状态，当我们启动JVM执行序时，JVM会执行某个类的主方法，此时主方法就在主线执行。此后，当主方法结束之后，主线publicclasspublicstaticvoidargs[]){Threadt1=newMyThread1();Runnabletarget=newMyRunnable2();Threadt2=newThread(target);}}中，除了主线之外，还有两个线t1和t2，这两个线还在没有终止，因此序不会终我们之前曾经，序启动之后执行主方法，主方法退出时整个序退出。应当说，这样的说法是确的，必须等序中所有线都进入终止状态之后，整个序才会终止。只不过之前我们写的所有序都只有主线一个线而已，当这个线进入终止状态之后，t1线时，有没有线处于运行状态主线在运行，因此新启动的线只能处于可运行状态。sleep()与阻塞什么是阻塞状态呢？我们知道，如果一个线要进入运行状态，则必须要获得CPU时间片。但是，在某些情况下，线运行不仅需要CPU进行运算，还需要一些别的条件，例况下，即使线获得了CPU时间片，也无法真正运行。因此，在这种情况下，为了能够不让这些线白白占用CPU的时间，会让这些线会进入阻塞状态。最典型的例子就是等待I/O，也就是说，如果线需要与JVM外部进行数据交互的话（例如等待用户输入、读写文件、网络传输等这个时候，当数据传输没有完成时，线即使获得CPU也无法运行，因可以这么来理解：我们可以把CPU当做是银行的柜员，而去银行的准备办理业务的顾客就好比是线。顾客希望能够让银行的柜员为自己办事，就好像线希望获得CPU来运/等待IOstart()方run()退入阻塞状态。顾名思义，sleep方法就是让线进入“睡眠”状态。你可以想象，如果一个publicstaticvoidsleep(longmillis)throws这个方法是一个static方法，也就意味着可以通过类名来直接调用这个方法。sleep方另外，这个方法抛出一个InterruptedException异常，这个异常是一个已检查异常，根据异classMyThread1extendsThread{publicvoidrun(){for(inti=1;i<=1000;i++){System.out.println(i+"$$$");}}}Threadrun方法没有抛出任何异常，根据方法覆盖的要序员只能用try-catch的方法处理。classMyRunnable2implementsRunnable{publicvoidrun(){for(inti=1;i<=1000;System.out.println(i+"}}}112210001000状态，操作系统会从t1和t2中挑选一个线进入运行状态。系统会从可运行状态中挑选一个线进入运行状态。由于可运行状态中只有t2一个线，因此t2线得到运行。入了阻塞状态。此时，t1和t2线都处于阻塞状态，而没有线处于可运行状态以及运行当200毫秒过去之后，t1线的sleep方法返回，此时t1线由阻塞状态进入可运行于可运行状态的t1线进入运行状态。再之后，t2线的sleep方法返回，t2也进入了可运行状态。于是进过多次状态的反复和转换，t1和t2两个线都输出完毕之后，序中所有线都进当然，如果多次运行的话，可以发现，t1和t2两个线的交替输出不是，有可5566778899除了使用sleep()和等待IO之外，还有一个方导致线阻塞，这就是线的classMyThread1extendsThread{publicvoidrun(){for(inti=0;i++){System.out.println(i+}}}classMyThread2extendsThread{publicvoidrun(){for(inti=0;i++){System.out.println(i+"}}}publicclasspublicstaticvoidmain(Stringargs[]){MyThread1t1=newMyThread1();MyThread2t2=newMyThread2();t1.start();}}###classMyThread2extendsThreadpublicvoidfor(inti=0;i++){System.out.println(i+"}}}publicclasspublicstaticvoidmain(Stringargs[]){MyThread1t1=newMyThread1();MyThread2t2=newMyThread2();t2.t=t1;}}也就是让t属性和t1指向同一个对象。这两个线就进入了可运行状态。假设操作系统首先挑选了t1线进入了可运行状态，于是输出若干个“$$$”。经过一段时间之后，由于CPU时间片到期，t1线进入了可运行状态。假设经过了一段时间之后，操作系统选择了t2线进入了可运行状态。进入了t2线就意味着在t2线，调用了t1线的join()方法。调用之后，t2线会进入阻塞状态。行状态此时只有一个t1线，因此这个线会一直占用CPU，直到线代码执行结束。当t1线结束之后，t2才会由阻塞状态进入可运行状态，此时才能够执行t2的代码。因此，从输出结果上来看，会先执行t1线的所有代码，然后再执行t2线的所有代码。部分输012979899要注意的是，我们在t2线调用t1线的join()方法，结果是t2阻塞，直到t1线结束。t2线是join()方法的调用者，而t1线是被调用者，在调用join()方法的过，join()方法。假设顾客到饭店里去吃饭，那么每一线的join()方法，等厨师做完饭了，顾客才能继续下一步：吃饭。在这个例子中，顾客在调用join方法的过，要注意，不能让两个线相互join()。例如，如果一个顾客join()方法，顾客打算等厨师做完饭以后，吃完饭再给钱；而厨join()方法。这样的结果就是两边互相等待，结果谁都无法继续下去。我们拿代码模拟一classMyThread1extendsThread{Threadt;publicvoidrun(){}catch(Exceptione){}for(inti=0;i<100;i++){System.out.println(i+"}}}classMyThread2extendsThread{Threadt;publicvoidrun(){}catch(Exceptione){}for(inti=0;i<100;i++){System.out.println(i+"}}}publicclasspublicstaticvoidmain(Stringargs[]){MyThread1t1=newMyThread1();MyThread2t2=newMyThread2();t2.t=t1;t1.t=t2;}}因为这样的代码在编译和运行时都不会出现任何错误和异常。另一方面，Javajoin()方publicfinalvoidjoin(longmillis)throwsjoin()方法的时候，不会一直处于阻塞状态，而是有一个时间限制。就好像顾客等待厨傻等下去。利用这个方法，修改上面的MyThread1类：classMyThread1extendsThread{Threadt;publicvoidrun(){}catch(Exceptione){}for(inti=0;i<100;i++){System.out.println(i+"}}}线同临界资源与数据不一致本操作为push和pop。push表示把一个元素加入栈顶，pop表示把栈顶元素弹出。classchar[]data={'A','B',''};intindex=2;publicvoidpush(charch){data[index]=ch;index++;}publicpop(){index--data[index]='}publicvoidfor(inti=0;i++){System.out.print(data[i]+}}}publicclasspublicstaticvoidargs[]){MyStackms=newMyStack();}} publicvoidpush(charch){data[index]=ch;index}线这两个类用来MyStack对象。PushThread线负责向栈中添加一个字符，而PopThread线classchar[]data={'A','B',''};intindex=2;publicvoidpush(charch){data[index]=ch;index++;}publicpop(){index--data[index]='}publicvoidfor(inti=0;i++){System.out.print(data[i]+}}}classPopThreadextendsThread{MyStackms;ms){this.ms=}run(){ms.pop();}}classPushThreadextendsThread{MyStackms;ms){this.ms=}run(){);}}publicclasspublicstaticvoidargs[]){MyStackms=newMyStack();Threadt1=newPushThread(ms);Threadt2=newPopThread(ms);}} 注意，这就产生了问题：我们的栈要求先出，栈内原有两个元素A、B，结果先启动了Push线，后启动Pop线之后，却把B元素pop出去，而把C元素保留了。更关键的是，C元素和A元素中有一个空位，也就是说，栈内的元素变得不连续了！我们结合线状态的转换来看这个问题。在主方法中，t1和t2线都被调用了方法被启动。假设t1线先进入运行状态，而t2线保持在可运行状态。此外，要注意的是，t1线和t2线，都包含有一个MyStack类型的。在主方法中，我们只创建了一个MyStack类型通过构造方t1t2ms属性都指向了同一个MyStack在t1线进入运行状态之后，它会调用MyStack类中的push(‘C’)方法。这个在执行这个方法过，会首先修改data数组的值，把下标为2的位置设为C。之后，应当把index加1，但是线调用了sleep()方法，使得t1线进入了阻塞状态。此时，data数组中有3index2dataindex，出现了信息当t1处于阻塞状态的时候，t2线处于可运行状态。于是，操作系统就会选中t2线1data1data2C1的元素B！这样就造成了我们上面运行的结果，破坏012AB2ABC2t1线执行了C字符栈ABC3t1线执行index加ABC2AB2C’012AB2ABC2t1线执行了C字符栈ABC1t1t2CPUAC1t2执行出栈过完AC2t12、index1push()操作；如果这两个由于当t1线没有完成的操作的时候，t2线就开始对MyStack对象进行了，从而就锁的概念时间片到期了，然后接下来换成pop线运行，此时，上一节我们描述的同步问题，同样多小，在大量和重复的过，发生问题几乎是必然的。而同步问题一旦发生，就有可某一天，在下午17：55的时候，电工A接到小区居民：小区中的电压不稳，希望A还是决定去查看一下。为了爬A暂时把小区的电闸给关了，然后再到高空进行电在A在工作过，不知不觉到了18：01，电工B上班了。这个时候，电工B接到小怪不得小区停电呢，谁把闸关了啊。于是，电工B就把电闸打开了。A把伤养得差不多了以后，变电所决定解决吸取教训，争取再也不要我们可以把A和B当做是两个线，而电闸就当做是临界资源。因此，这样就形成了synchronized面我们就来介绍Java中的同步机制以及synchronized关键字。synchronized关键字进行加锁的操作。synchronized关键字有两种用法，我们首先介绍第一种：synchronized+代码块。}synchronized关键字后面跟一个圆括号，括号中的是某一个，这个应当指向某对象的锁标记；而如果t1线在同步代码块中运行，这意味着t1有着obj对象的互斥锁标记；而这个时候如果有一个t2线想要同步代码块，会因为拿不到obj对象的锁标需要注意的是，synchronized与同步代码块是与对象紧密结合在一起的，加锁是对对象}}}假设有一个线t1正在代码块1中运行，那假设另有一个线t2，这个t2线能否进入代码块2呢？能否进入代码块3呢？t2线如果要进入代码块2，也必须要获得obj1对象的锁标记。但是由于这个标记正在t1手中，因此t2线无法获得锁标记，因此t2线无法进入代码块2。但是t2线能够进入代码块3，原因在于：如果要进入代码块3中，要获得的是obj2锁标记，因此能够成功的进入代码块3。这个对象的互斥锁标记，我们完成对MyStack的同步。classchar[]data={'A','B',''};intindex=2;privateObjectlock=newpublicvoidpush(chara[index]=ch;try{index++;}}publicvoidex--;data[index]='}}publicvoidfor(inti=0;i++){System.out.print(data[i]+}}}start()方run()退CPU时间片，从而运行代码。对象的互斥锁标记。由于此时lock对象的锁标记没有分配给其他线，因此这个锁标记被分配给t1线。当t1线调用sleep()方法之后，t1进入阻塞状态，于是t2线开始运行。之后，当t1线sleep()方法结束，t1重新进入可运行状态→运行状态，执行完了整个是t2线就由锁池状态转为了可运行状态。从上面的分析我们可以看出，虽然MyStack对象还是被两个线t1、t2同时，但是由于对lock对象加锁的原因，当t1线执行push方法执行到一半进入阻塞状态时，t2012AB2ABC2t1线执行了C字符栈ABC2t2ABC3t1线执行index加ABC2码AB2C’同步方法poppushMyStack对象（也就是所谓classchar[]data={'A','B',''};intindex=2;publicvoidpush(chara[index]=ch;try{index++;}}publicvoidex--;data[index]='}}publicvoidfor(inti=0;i++){System.out.print(data[i]+}}}classchar[]data={'A','B',''};intindex=2;publicsynchronizedvoidpush(charch){data[index]=ch;index++;}publicsynchronizedvoidpop(){index--;data[index]='}publicvoidfor(inti=0;i++){System.out.print(data[i]+}}}我们举例来说：假设有一个MyStack对象ms，一个线t1正在pop方法，这意味必须要获得ms对象的互斥锁标记。由于这个锁标记正在t1线手中，因此t2线无法获得，从而t2线就无法push方法。因此，这是一个结论： wait死}}...//2}}假设现在有两个线，t1线运行到了//1的位置，而t2线运行到了//2的位置，接此时，a对象的锁标记被t1线获得，而b对象的锁标记被t2线获得。对于t1线而言，为了进入对b加锁的同步代码块，t1线必须获得b对象的锁标记。由于b对象的锁标记被t2线获得，t1线无法获得这个对象的锁标记，因此它会进入b对象的锁池，等待b对象锁标记的释放。而对于t2线而言，由于要进入对a加锁的同步代码块，由于a对象的锁标记在t1线手中，因此t2线会进入a对象的锁池。此时，t1线在等待b对象锁标记的释放，而t2线在等待a对象锁标记的释放。由waitJava中，每一个对象都有两个方法：waitnotify方法。这两个方法是定义在Object类中的方法。对某个对象调用wait()方法，表明让线暂时释放该对象的锁标记。}}...//2}}这样的代码改完之后，在//1后面，t1线就会调用a对象的wait方法。此时，t1线会暂时释放自己拥有的a对象的锁标记，而进入另外一个状态：等待状态。要注意的是，如果要调用一个对象的wait方法，前提是线已经获得这个对象的锁标记。如果在没有获得对象锁标记的情况下调用wait方法，则会产生异常。a对象的锁标记被释放，因此，t2aaa.notify()wait方法相对那么t2线唤醒t1线之后，t1线处于什么状态呢？由于t1线唤醒之后还要在锁的同步代码块，因此此