第10章 多线程机制

第10章多线程机制本章的任务：理解Java的多线程机制编写多线程程序了解线程的调度和控制本章主要内容：1.多线程的概念2.创建线程3.线程的调度与控制4.Java的线程同步机制与生产消费模型10.1多线程的概念为了理解线程的概念，先来了解程序、进程和多任务的概念。10.1.1程序、进程和多任务程序（program）是对数据描述与操作的代码的集合，是应用程序执行的脚本。进程（process）是程序的一次执行过程，是操作系统运行程序的基本单位。程序是静态的，进程是动态的。多任务是指在一个系统中可以同时运行多个程序，即有多个独立运行的任务，每一个任务对应一个进程。10.1.2线程线程是比进程更小的运行单位，是程序中单个顺序的流控制。一个进程中可以包含多个线程。线程是一种特殊的多任务方式。当一个程序执行多线程时，可以运行两个或更多的由同一个程序启动的任务。线程与任何一个程序一样有一个开始、一系列可执行的命令序列、一个结束。在执行的任何时刻，只有一个执行点。线程与程序不同的是线程本身不能运行，它只能包含在程序中，只能在程序中执行。10.1.3多线程多线程是相对于单线程而言的，指的是在一个程序中可以定义多个线程并同时运行它们，每个线程可以执行不同的任务。与进程不同的是，同类多线程共享一块内存空间和一组系统资源，所以，系统创建多线程花费单价较小。因此，也称线程为轻负荷进程。10.1.4线程的生命周期与Java的多线程机制1．线程的生命周期与状态同进程一样，一个线程也有从创建、运行到消亡的过程，称为线程的生命周期。线程有创建（New）、可运行（Runnable）、运行中（Running）、挂起（NotRunnable）、死亡（Dead）五种状态。2．Java的多线程机制java.lang中的线程类Thread封装了所有需要的线程操作控制，有很多方法用来控制一个线程的运行、休眠、挂起或停止。10.2创建线程对象如何编写一个带有多线程的程序呢？☆一种方法是通过继承线程类Thread来创建线程类，；☆另一个方法是建立一个实现Runnable接口的类来创建线程。10.2.1通过继承Thread类创建线程例10.1在程序中通过继承Thread类创建一个线程子类testThread，通过Thread1主类同时运行两个线程对象t1和t2。运行结果如图所示。classThread1{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){testThreadt1=newtestThread("thread1");testThreadt2=newtestThread("thread2");t1.start();t2.start();}}classtestThreadextendsThread{publictestThread(Stringstr){super(str);//调用父类的构造方法为线程对象命名

}

publicvoidrun(){for(inti=0;i<3;i++){System.out.println(getName()+"在运行");try{sleep(1000);//用休眠1000毫秒来区分哪个线程在运行

System.out.println(getName()+"在休眠");}catch(InterruptedExceptione){}}System.out.println(getName()+"已结束");}}说明：（1）Application应用程序运行时总是调用main方法。（2）从输出的结果可以看出两个线程的名字是交替显示的。（3）由继承Thread创建的子类，必须覆盖run方法通过Thread类创建线程子类的格式为：

class线程的类名extendsThread{

publicvoidrun(){

程序语句

}

}10.2.2通过Runnable接口创建线程当一个类是从其他类继承时，如继承Applet类。此时就不能再继承Thread类来创建线程，这时可以通过接口Runnable直接创建线程对象。接口Runnable是一个抽象接口，接口中只声明了一个未实现的run方法。例10.2通过Runnable接口运行线程。运行结果如图所示。importjava.awt.*;importjava.applet.Applet;importjava.util.*;importjava.text.DateFormat;publicclassClock2extendsAppletimplementsRunnable{ThreadclockThread=null;publicvoidinit(){setBackground(Color.blue);setForeground(Color.yellow);}

publicvoidstart(){if(clockThread==null){clockThread=newThread(this,"Clock2");clockThread.start();}}publicvoidrun(){ThreadmyThread=Thread.currentThread();while(clockThread==myThread){repaint();try{Thread.sleep(1000);}catch(InterruptedExceptione){}}}

publicvoidpaint(Graphicsg){Datedate=newDate();DateFormatformatter=DateFormat.getTimeInstance();Stringstr=formatter.format(date);g.drawString(str,5,10);}publicvoidstop(){clockThread=null;}}说明Ⅰ：（1）在Applet的start方法中用new操作符创建了一个线程对象clockThread：

clockThread=newThread(this,"Clock2");clockThread.start();（2）在实现接口Runnable的run方法中，又通过Thread.currentThread方法创建了一个当前运行的线程对象myThread：ThreadmyThread=Thread.currentThread();（3）设计Thread的run方法。说明Ⅱ：通过例10.2可以了解如何结束一个无限循环的线程。一般设计线程自然结束。如例10.1通过定义循环次数自然结束线程。在例10.2中，进入循环的条件是clockThread==myThread，怎样结束线程呢？当把这个Applet嵌入网页后，用户关闭这个网页时，Applet的stop方法将被调用：

publicvoidstop(){clockThread=null;}

在这里clockThread被赋值null，破坏了循环条件，因此循环终止，结束线程。两种创建线程方法的比较：（1）由继承Thread类创建线程对象简单方便，可以直接操作线程，但不能再继承其他类。（2）在继承其他类的类中可用Runnable接口创建线程对象。可保持程序风格的一致性。10.2.3线程的优先级Java为了使有些线程可以提前得到服务，可给线程设置优先级。在单个CPU上运行多线程时采用了线程队列技术，Java虚拟机支持固定优先级队列，一个线程的执行顺序取决于它相对其它Runnable线程的优先级。Thread定义了其中3个常数：

（1）MAX_PRIORITY，最大优先级（值为10）。（2）MIN_PRIORITY，最小优先级（值为1）。（3）NORM_PRIORITY，缺省优先级（值为5）。例10.3线程优先级的使用。运行结果如图所示。classThread2extendsThread{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){Thread2[]t=newThread2[4];for(inti=0;i<4;i++)t[i]=newThread2();for(inti=0;i<4;i++)t[i].start();t[1].setPriority(MIN_PRIORITY);t[3].setPriority(MAX_PRIORITY);}publicvoidrun(){for(inti=0;i<1000000;i++);System.out.println(getName()+"线程的优先级是"+getPriority()+"已计算完毕!");}}10.3线程的调度与控制10.3.1线程类的方法1.线程的类方法以下是Thread类的静态方法，即可以直接从Thread类调用。CurrentThread()返回正在运行的Thread对象名称sleep(intn)让当前线程休眠n毫秒2．实例方法

activeCount()返回该线程组中当前激活的线程的数目

checkAccess()检测当前线程是否可以被修改destroy()终止一个线程，不清除其他相关内容

getName()返回线程的名称

getPriority()返回线程的优先级

interrupt()向一个线程发送一个中断信息

interrupted()检查该线程是否被中断

isAlive()检查线程是否处于激活状态

isDaemon()检查该线程是否常驻内存

isInterrupted()检查另一个线程是否被中断10.3.2控制线程的状态1．挂起一个线程2．停止一个线程3．线程休眠4．连接线程5．暂停线程6．中断线程7．了解线程的状态10.4线程的同步机制与共享资源前面的线程例子都是独立的，而且异步执行。但有时一些同时运行的线程需要共享数据，例如两个线程同时存取一个数据流，其中一个对数据进行了修改，而另一个线程使用的仍是原来的数据，这就带来了数据不一致问题。Java提供了同步设定功能。共享对象可将自己的成员方法定义为同步化（synchronized）方法，通过调用同步化方法来执行单一线程，其它线程则不能同时调用同一个对象的同步化方法。例10.4生产者和消费者线程同步化问题。使用某种资源的线程称为消费者，产生或释放这个资源的线程称为生产者。生产者生成10个整数（0～9），存储到一个共享对象中，并把它们打印出来。每生成一个数就随机休眠0～100毫秒，然后重复这个过程。一旦这10个数可以从共享对象中得到，消费者将尽可能快地消费这10个数，即把它们取出后打印出来。这个模型由4个程序组成。1．生产者程序publicclassProducerextendsThread{privateShareshared;privateintnumber;publicProducer(Shares,intnumber){shared=s;this.number=number;}

publicvoidrun(){for(inti=0;i<10;i++){shared.put(i);System.out.println("生产者"+this.number+"输出的数据为："+i);try{sleep((int)(Math.random()*100));}catch(InterruptedExceptione){}}}}2．消费者程序publicclassConsumerextendsThread{privateShareshared;privateintnumber;publicConsumer(Shares,intnumber){shared=s;this.number=number;}

publicvoidrun(){intvalue=0;for(inti=0;i<10;i++){value=shared.get();System.out.println("消费者"+this.number+"得到的数据为："+value);}}}3．共享资源对象publicclassShare{privateintcontents;publicintget(){returncontents;}publicvoidput(intvalue){contents=value;}}4．主程序publicclassPCTest{publicstaticvoidmain(String[]args){Shares=newShare();Producerp=newProducer(s,1);Consumerc=newConsumer(s,1);p.start();c.start();}}5．改写后的程序对共享资源对象实现同步化

publicclassShare{privateintcontents;privatebooleanavailable=false;publicsynchronizedintget(){while(available==false){try{wait();}catch(InterruptedExceptione){}}available=false;notifyAll();returncontents;}

publicsynchronizedvoidput(intvalue){while(available==true){try{wait();}catch(InterruptedExceptione){}}contents=value;available=true;notifyAll();}}10.5何时使用多线程及注意问题当你考虑到多线程时，你立刻会想