多线程教学讲解课件

第16章多线程本章要点了解多线程在Windows系统的执行模式掌握实现线程的两种方式掌握线程的状态掌握使线程进入各种状态的方法掌握线程的优先级掌握线程安全掌握线程同步机制掌握线程间的通信第16章多线程1、线程简介2、实现线程的两种方法3、线程的生命周期4、操作线程的方法5、线程的优先级6、线程同步7、线程间的通信主要内容16.1线程简介世间万物会同时完成很多工作：例如人体同时进行呼吸、血液循环、思考问题等活动；用户既可以使用计算机听歌，也可以使用它打印文件，而这些活动完全可以同时进行，这种思想在Java中被称为并发，而将并发完成的每一件事情称为线程。16.1线程简介在人们的生活中，并发机制非常重要，但是并不是所有的程序语言都支持线程。在以往的程序中，多以一个任务完成后再进行下一个项目的模式进行开发，这样下一个任务的开始必须等待前一个任务的结束。Java语言提供并发机制，程序员可以在程序中执行多个线程，每一个线程完成一个功能，并与其他线程并发执行，这种机制被称为多线程。16.1线程简介Java中的多线程在每个操作系统中的运行方式也存在差异，在此着重说明多线程在Windows操作系统的运行模式。Windows操作系统是多任务操作系统，它以进程为单位。一个进程是一个包含有自身地址的程序，每个独立执行的程序都称为进程，也就是正在执行的程序。16.1线程简介进程是一个用来描述处于动态运行状态的应用程序的概念，即一个进程就是一个执行中的程序，每个进程都有一块自己独立的地址空间，并可以包含多个线程。这些线程将共享进程的地址空间及操作系统分配给这个进程的资源。线程一般是指进程中的一个执行流，多线程是指在一个进程中同时运行多个不同线程，每个线程分别执行不同的任务。16.1线程简介系统可以分配给每个进程一段有限的使用CPU的时间（也可以称为CPU时间片），CPU在这段时间中执行某个进程，然后下一个时间片又跳至另一个进程中去执行。由于CPU转换较快，所以使得每个进程好像是同时执行一样。16.1线程简介Windows操作系统的执行模式16.1线程简介一个线程则是进程中的执行流程，一个进程中可以同时包括多个线程，每个线程也可以得到一小段程序的执行时间，这样一个进程就可以具有多个并发执行的线程。在单线程中，程序代码按调用顺序依次往下执行，如果需要一个进程同时完成多段代码的操作，就需要产生多线程。16.2实现线程的两种方式16.2.1继承Thread类16.2.2实现Runnable接口16.2.1继承Thread类Thread类是java.lang包中的一个类，从这个类中实例化的对象代表线程，程序员启动一个新线程需要建立Thread实例。Thread类中常用的两个构造方法如下：publicThread(String

threadName);publicThread();其中第一个构造方法是创建一个名称为threadName的线程对象。16.2.1继承Thread类继承Thread类创建一个新的线程的语法如下：publicclassThreadTestextendsThread{ //...}16.2.1继承Thread类如果需要创建线程应该先定义一个Thread类的子类，并且覆盖其中的run()成员方法，将线程执行的程序代码写在其中。Thread对象需要一个任务来执行，任务是指线程在启动时执行的工作，该工作的功能代码被写在run()方法中。16.2.1继承Thread类这个run()方法必须使用如下这种语法格式：publicvoidrun(){ //...}注意：尽管在Thread的子类中覆盖了run()成员方法，但用户不能直接调用它，而是需要通过调用Thread类中的start()方法间接地使用它。16.2.1继承Thread类－注意1）start()方法的调用后并不是立即执行多线程代码，而是使得该线程变为可运行态(Runnable)，什么时候运行是由操作系统决定的。2）如果start()方法调用一个已经启动的线程，系统将抛出IllegalThreadStateException异常。16.2.1继承Thread类－注意main()方法线程启动由Java虚拟机负责，程序员负责启动自己的线程。语法如下：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());}}创建两个线程对象，分别实现重复显示1~3数字的功能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实现Runnable接口到目前为止，线程都是通过扩展Thread类来创建的，如果程序员需要继承其他类(非Thread类)并使该程序可以使用线程，就需要使用Runnable接口。实现Runnable接口的语法如下：publicclassMyThreadextendsObjectimplementsRunnable16.2.2实现Runnable接口实现Runnable接口的程序会创建一个Thread对象，并将Runnable对象与Thread对象相关联。Thread类中有如下两个构造方法：publicThread(Runnabler)publicThread(Runnable

r,Stringname)这两个构造方法的参数中都存在Runnable实例，使用以上构造方法就可以将Runnable实例与Thread实例相关联。16.2.2实现Runnable接口使用Runnable接口启动新的线程的步骤如下：1）建立Runnable对象。2）使用参数为Runnable对象的构造方法创建Thread实例。3）调用start()方法启动线程。16.2.2实现Runnable接口16.2.2实现Runnable接口通过Runnable接口创建线程时首先需要编写一个实现Runnable接口的类，然后实例化该类的对象，这样就建立了Runnable对象；接下来使用相应的构造方法创建Thread实例；最后使用该实例调用Thread类中的Start()方法启动线程。classMyThread2implements

Runnable{

privateStringname;

publicMyThread2(Stringname){

this.name=name;}public

voidrun(){

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

System.out.println(name+"运行:"+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实现Runnable接口实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势：适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源可以避免java中的单继承的限制增加程序的健壮性，代码可以被多个线程共享，代码和数据独立16.3线程的生命周期线程生命周期中的各种状态16.3线程的生命周期线程具有生命周期，其中包含7种状态，分别为出生状态、就绪状态、运行状态、等待状态、休眠状态、阻塞状态和死亡状态。出生状态就是用户在创建线程时处于的状态，在用户使用该线程实例调用start()方法之前线程都处于出生状态；当用户调用start()方法后，线程处于就绪状态（又被称为可执行状态）；当线程得到系统资源后就进入运行状态。16.3线程的生命周期一旦线程进入可执行状态，它会在就绪与运行状态下辗转，同时也有可能进入等待、休眠、阻塞或死亡状态。当处于运行状态下的线程调用Thread类中的wait()方法，该线程处于等待状态，进入等待状态的线程必须调用Thread类中的notify()方法才能被唤醒，而notifyAll()方法是将所有处于等待状态下的线程唤醒；16.3线程的生命周期当线程调用Thread类中的sleep()方法，则会进入休眠状态。如果一个线程在运行状态下发出输入/输出请求，该线程将进入阻塞状态，在其等待输入/输出结束时线程进入就绪状态，对于阻塞的线程来说，即使系统资源空闲，线程依然不能回到运行状态；当线程的run()方法执行完毕时，线程进入死亡状态。16.3线程的生命周期虽然多线程看起来像同时执行，但事实上在同一时间点上只有一个线程被执行，只是线程之间切换较快，所以才会使人产生线程是同时进行的假象。在Windows操作系统中，系统会为每个线程分配一小段CPU时间片，一旦CPU时间片结束就会将当前线程换为下一个线程，即使该线程没有结束的情况下。16.3线程的生命周期根据图16-5所示，可以总结出使线程进入阻塞状态有以下几种可能。调用sleep()方法。调用wait()方法。等待输入/输出完成。16.3线程的生命周期当线程处于阻塞状态后，可通过以下几种方式使线程再次进入就绪状态。线程调用notify()方法。线程调用notifyAll()方法。线程调用interrupt()方法。线程的休眠时间结束。

输入/输出结束。16.4操作线程的方法16.4.1线程的休眠16.4.2线程的加入16.4.3线程的中断16.4.4线程的礼让16.4.1线程的休眠一种能控制线程行为的方法是调用sleep()方法，sleep()方法需要一个参数用于指定该线程休眠的时间，该时间使用毫秒为单位。它通常是在run()方法内的循环中被使用。sleep()方法的语法如下：try{ Thread.sleep(2000);}catch(InterruptedExceptione){

e.printStackTrace();}public

voidrun(){

System.out.println("开始执行线程。。。");

System.out.println("进入睡眠状态。。。");

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

e.printStackTrace();}

System.out.println("线程结束。。。");}16.4.2线程的加入如果当前某程序为多线程程序，假如存在一个线程A，现在需要插入线程B，并要求线程B先执行完毕，然后再继续执行线程A，此时可以使用Thread类中的join()方法来完成。这就好比此时正在看电视，却突然有人上门收水费，必须付完水费后才能继续看电视。当某个线程使用join()方法加入到另外一个线程时，另一个线程会等待该线程执行完毕再继续执行。16.4.2线程的加入为什么要用join()方法在很多情况下，主线程生成并起动了子线程，如果子线程里要进行大量的耗时的运算，主线程往往将于子线程之前结束，但是如果主线程处理完其他的事务后，需要用到子线程的处理结果，也就是主线程需要等待子线程执行完成之后再结束，这个时候就要用到join()方法了。classThread1extendsThread{privateStringname;

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

public

voidrun(){

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

System.out.println("子线程"+name+"运行:"+i);

try{

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

e.printStackTrace();}

}

}

}public

static

void

main(String[]args){

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"主线程运行开始!");

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

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"主线程运行结束!");

}main主线程运行开始!main主线程运行结束!子线程B运行:0子线程A运行:0子线程B运行:1子线程A运行:1子线程B运行:2子线程A运行: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主线程运行开始!子线程B运行:0子线程B运行:1子线程B运行:2子线程A运行:0子线程A运行:1子线程A运行:2main主线程运行结束!16.4.3线程的中断以前使用stop()方法停止线程，但当前版本的JDK早已废除了stop()方法，同时也不建议使用stop()方法来停止一个线程的运行。现在提倡在run()方法中使用无限循环的形式，然后使用一个布尔型标记控制循环的停止。class

ThreadTest

extendsThread{

private

intcount=10;

public

voidrun(){

while(true){

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

if(--count==0){

return;}}}}16.4.4线程的礼让Thread类中使用yield()方法表示礼让，它只是给当前正处于运行状态下的线程一个提醒，告知它可以将资源礼让给其他线程。但这仅仅是一种暗示，没有任何一种机制保证当前线程会将资源礼让。对于支持多任务的操作系统来说，不需要调用yeild()方法，因为操作系统会为线程自动分配CPU时间片来执行。16.5线程的优先级每个线程都具有各自的优先级，线程的优先级可以在程序中表明该线程的重要性，如果有很多线程处于就绪状态，系统会根据优先级来决定首先使哪个线程进入运行状态。但这并不意味着低优先级的线程得不到运行，而只是它运行的几率比较小，比如垃圾回收线程的优先级就较低。16.5线程的优先级Thread类中包含的静态成员变量代表了线程的某些优先级，比如Thread.MIN_PRIORITY（常数1）、Thread.MAX_PRIORITY（常数10）、Thread.NORM_PRIORITY（常数5）。其中每个线程的优先级都在Thread.MIN_PRIORITY~Thread.MAX_PRIORITY之间，在默认情况下其优先级都是Thread.NORM_PRIORITY。每个新产生的线程都继承了父线程的优先级。16.5线程的优先级在多任务操作系统中，每个线程都会得到一小段CPU时间片运行，在时间结束时，将轮换另一个线程进入运行状态，这时系统会选择与当前线程优先级相同的线程予以运行。系统始终选择就绪状态下优先级较高的线程进入运行状态。线程的优先级可以使用setPriority()方法调整，如果使用该方法设置的优先级不在1~10之内，将产生一个IllegalArgumentException异常。16.5线程的优先级16.5线程的优先级在图16-9中，优先级为5的线程A首先得到CPU时间片；当该时间结束后，轮换到与线程A相同优先级的线程B；当线程B的运行时间结束后，会继续轮换到线程A，直到线程A与线程B都执行完毕，才会轮换到线程C；当线程C结束后，最后才会轮到线程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线程同步16.6.1线程安全16.6.2线程同步机制16.6.1线程安全所以在编写多线程程序时，应该考虑到线程安全问题。实质上线程安全问题来源于两个线程同时存取单一对象的数据。在一个时刻只能被一个线程访问的资源称为临界资源，而访问临界资源的那段代码被称为临界区。临界区的使用必须互斥地进行，即一个线程在临界区中执行代码时，其他线程不能进入临界区。16.6.1线程安全在代码中判断当前票数是否大于0，如果大于0则执行将该票出售给乘客功能，但当两个线程同时访问这段代码时（假如这时只剩下一张票），第一个线程将票售出，与此同时第二个线程也已经执行完成判断是否有票的操作，并得出结论票数大于0，于是它也执行售出操作，这样就会产生负数。class

ThreadSafeTest

implements

Runnable{

intnum=10;//设置当前总票数

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);

//以该类对象分别实例化4个线程

ThreadtB=new

Thread(t);ThreadtC=new

Thread(t);ThreadtD=new

Thread(t);

tA.start();//分别启动线程

tB.start();

tC.start();

tD.start();}tickets10tickets8tickets9tickets7tickets6tickets4tickets5tickets6tickets3tickets2tickets1tickets0tickets-1tickets-216.6.2线程同步机制如何解决资源共享的问题？基本上所有解决多线程资源冲突问题都会采用给定时间只允许一个线程访问共享资源，这时就需要给共享资源上一道锁。为了解决多线程并发操作可能引起的数据混乱，在java中，引入对象“互斥锁”，以保证共享数据操作的完整性。16.6.2线程同步机制1)同步块在Java中提供了同步机制，可以有效地防止资源冲突。同步机制使用synchronized关键字。

synchronized(Object){}Object为任意一个对象,每个对象都存在一个标志位,并具有两个值,分别为0和1。一个线程运行到同步块时首先检查该对象的标志位，如果为0状态，表明此同步块中存在其他线程在运行。这时该线程就处于就绪状态，直到处于同步块中的线程执行完同步块中的代码为止。这时该对象的标识位被设置为1，该线程才能执行同步块中的代码，并将Object对象的标识位设置为0，防止其他线程执行同步块中的代码。

public

voidrun(){

synchronized(""){

while(num>0){

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

e.printStackTrace();}

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

}}16.6.2线程同步机制2)同步方法同步方法就是在方法前面修饰synchronized关键字的方法，其语法如下。

synchronizedvoidf(){}当某个对象调用了同步