面向对象程序设计-Java（第四版）课件 第14章 多线程

第14章多线程14.1Java中的多线程实现技术14.2多线程的管理

14.1Java中的多线程实现技术

每个Java程序都有一个缺省的主线程main( )方法。要想实现多线程，必须在主线程中创建新的线程对象。可以通过继承Thread类或实现Runnable接口的途径来创建线程。线程的生命周期多线程机制是Java语言的又一重要特征，使用多线程技术可以使系统同时运行多个执行体，这样就可以加快程序的响应时间，提高计算机资源的使用效率。新建的线程在它的一个完整的生命周期中通常要经历新生、就绪、运行、阻塞和死亡等五种状态,这五种状态之间的转换关系和转换条件如图所示。线程的生命周期1．新生状态

当用new关键字和某线程类的构造方法创建一个线程对象后，这个线程对象处于新生状态，此时它已经有了相应的内存空间，并已被初始化。处于该状态的线程可通过调用start( )方法进入就绪状态。

2．就绪状态

处于就绪状态的线程已经具备了运行的条件，但尚未分配到CPU资源，因而它将进入线程队列排队，等待系统为它分配CPU。一旦获得了CPU资源，该线程就进入运行状态，并自动地调用自己的run方法。此时，它脱离创建它的主线程，独立开始了自己的生命周期。3．运行状态

进入运行状态的线程执行自己的run方法中的代码。若遇到下列情况之一，将终止run方法的执行：

(1)终止操作。调用当前线程的stop方法或destroy方法进入死亡状态。

(2)等待操作。调用当前线程的join(millis)方法或wait(millis)方法进入阻塞状态。当线程进入阻塞状态时，在millis(毫秒)内可由其他线程调用notify或notifyAll方法将其唤醒，进入就绪状态。在millis内若不唤醒，则需等待到当前线程结束。

(3)睡眠操作。调用sleep(millis)方法来实现。当前线程停止执行后，会处于阻塞状态，睡眠millis(毫秒)之后重新进入就绪状态。

(4)挂起操作。通过调用suspend方法来实现。将当前线程挂起，进入阻塞状态，之后当其他线程调用当前线程的resume方法后，才能使其进入就绪状态。

(5)退让操作。通过调用yield方法来实现。当前线程放弃执行，进入就绪状态。

(6)当前线程要求I/O时，则进入阻塞状态。

(7)若分配给当前线程的时间片用完，则当前线程进入就绪状态。若当前线程的run方法执行完，则线程进入死亡状态。4．阻塞状态

一个正在执行的线程在某些特殊情况下，如执行了suspend、join或sleep方法，或等待I/O设备的使用权，那么它将让出CPU并暂时中止自己的执行，进入阻塞状态。阻塞时它不能进入就绪队列，只有当引起阻塞的原因被消除时，线程才可以转入就绪状态，重新进到线程队列中排队等待CPU资源，以便从原终止处开始继续运行。

5．死亡状态

处于死亡状态的线程将永远不再执行。线程死亡有两个原因：一是正常运行的线程完成了它的全部工作；二是线程被提前强制性地终止了。例如，通过执行stop或destroy方法来终止线程。Thread类

Thread类(线程类)是java.lang包中的一个专门用来创建线程和对线程进行操作的类。Java在Thread类中定义了许多方法，这些方法可以帮助我们运用和处理线程。这些方法可分为四组：(1)构造方法。该方法用于创建用户的线程对象。

java.lang.Thread类的构造方法

(2) run( )方法。该方法用于定义用户线程所要执行的操作。(3)改变线程状态的方法，如start( )、sleep( )、stop( )、suspend( )、resume( )、yield( )和wait( )方法等。这是最常用的一组方法。(4)其他方法，如setPriority( )、setName( )等。表14.2列出了Thread类的后三组方法。java.lang.Thread类的常用方法

通过继承Thread类创建并执行线程的程序步骤如下：

定义一个继承Thread类的子类，其中：

（1）重写Thread类中的run()方法，将自己要执行的任务写在run()方法中；

（2）main()方法中的主要内容：

①创建Thread类的子类线程；

②调用Thread类中的方法start()方法启动新线程，并执行run()方法；

如果创建Thread类的子类线程创建后不再用，可以使用thread的匿名子类。通过继承Thread类创建线程

【示例程序C14_1.java】创建Thread类的子类thd1与thd2线程，获取线程编号及线程名。通过实现Runnable接口创建线程Runnable接口中只有一个run()方法，因此，实现Runnable接口需要实现run()方法。通过实现Runnable接口创建并执行线程的程序步骤如下：

1.定义Runnable接口的实现类，重写Runnable接口的run()方法，将自己要执行的任务写在run()方法中；

2.定义一个主类，main()方法中的主要内容

（1）创建Runnable接口的实现类对象；

（2）将Runnable接口的实现类对象作为实参创建Thread类线程对象；

（3）调用start()方法启动创建的线程对象并自动执行重写的run()方法。

【示例程序C14_2.java】通过实现Runnable接口创建线程，获取线程的名字。用多线程实现简单动画

在paint()方法中画一个圆，每次使用repaint()方法重新调用paint()方法绘制这个圆时，如果能够改变这个圆的位置，则就实现了简单动画。在JPanel画板上实现简单动画的步骤如下：定义一个继承JPanel类及实现Runnable接口的子类，其中；（1）设置圆左上角坐标位置(x,y)；（2）重写pain()方法绘制简单图形，即绘制圆；（3）重写run()方法，改变简单图形的坐标位置、使用repaint()方法重新调用paint()方法绘制图形，并通过sleep()方法控制运动速度；（4）在main()方法中的内容

①创建一个继承JPanel类及实现Runnable接口的子类对象；

②将①创建的对象作为实参创建Thread类的线程；

③将①对象作为画板添加到JFrame画框对象中；

④调用start()方法启动创建的线程对象并自动执行重写的run()方法。

【示例程序C14_3.java】如图14.2所示。通过创建线程，实现圆在屏幕上横向运动。

如果在paint()方法中绘制一个字符串，每次使用repaint()方法重新调用paint()方法时，都能改变这个字符串的绘制位置，则在JPanel画板上可以用以下步骤实现：定义一个JPanel类的子类，在子类中：（1）定义一个该子类的构造方法，构造方法的形参是Thread类的子类对象。在方法体中创建Thread类的子类对象，调用strat()方法，自动执行run()方法；（2）重写paint()方法，获取设置的字体，绘制字符串；（3）在main()方法中的主要内容①创建一个Thread类的子类对象，创建JPanel类的子类对象，自动调用Thread类的子类对象作为实参的JPanel类的子类构造方法；

②调用JPanel类的子类对象作为实数的Thread类的子类对象的csp()方法；2.定义一个Thread类的子类，在子类中：（1）创建字符串Message对象，创建f字体对象，设置字符串的起始坐标位置(x,y)；（2）定义一个csp()方法，JPanel类的子类对象作为该方法的参数，在方法体中创建JPanel类的子类对象；（3）重写run()方法，改变字符串的绘制位置、使用repaint()方法重新调用paint()方法绘制图形，并通过sleep()方法控制运动速度；

【示例程序C14_4.java】通过创建线程，实现“JavaNow!”在屏幕上不停走动。【示例程序C14_5.java】通过创建两个线程实现“JavaNow!”与矩形框在屏幕上呈相反方向的不停走动。该程序由三个程序组成：①实现屏幕上的字符“JavaNow!”走动的线程程序CString.java；②实现屏幕上矩形框走动的线程程序CSquare.java，③主程序C14_5.java。

(1)主程序C14_5.java(2) CString.java程序(3) CSquare.java程序：14.2多线程管理线程调度

在单CPU的计算机上运行多线程程序，或者当线程数多于处理机的数目时，势必存在多个线程争用CPU的情况，这时需要提供一种机制来合理地分配CPU，使多个线程有条不紊、互不干扰地工作，这种机制称为调度。

在Java运行系统中，由线程调度器对线程按优先级进行调度。线程调度器中写好了相应的调度算法，当有多个线程在同一时刻处于就绪状态时，线程调度器会选择优先级最高的线程运行。

如果发生下列情况之一，调度器就会终止此线程的运行：(1)本线程的线程体中调用了yield( )方法，从而让出了对CPU的占有权；(2)本线程的线程体中调用了sleep( )方法，使线程进入睡眠状态；(3)本线程由于I/O操作而进入阻塞状态；(4)另一个具有更高优先级的线程从睡眠状态被唤醒，或其I/O操作完成而返回就绪状态。Java的线程调度算法：（1）优先抢占式调度。当线程的优先级不同时，为保证优先级最高的线程先运行而采用优先抢占式调度算法，即优先级高的线程优先抢占CPU。例如，在程序的运行过程中若设置线程A具有最高优先级，则线程A将立即取代正在运行的其他线程，直到线程A处于阻塞状态或运行结束。（2）队列轮转调度。当若干个线程的优先级相同时，可采用队列轮转调度算法，即当一个线程运行结束时，该优先队列中排在最前面的线程运行。如果某个线程由于睡眠或I/O阻塞成为一个等待再次运行的线程，那么当它恢复到可运行状态后，即被插入到该队列的队尾，必须等到其他具有相同优先级的线程都被调度过一次后，才有机会再次运行。线程优先级

运行的每个线程都有优先级。优先级是1～10之间的正整数。数值越大，优先级越高，未设定优先级的线程其优先级取缺省值5。Java线程的优先级设置遵从下述原则：(1)线程创建时，子线程继承父线程的优先级。(2)线程创建后，可在程序中通过调用setPriority( )方法改变线程的优先级。(3)用标识符常量MIN_PRIORITY表示优先级为1，MAX_PRIORITY表示优先级为10，默认情况下，用NORM_PRIORITY表示优先级为5。线程优先级为8。例如：setPriority(Thread.NORM_PRIORITY+3)；

【示例程序C14_6.java】创建三个线程A、B、C，根据优先级确定线程的执行顺序。线程同步

当两个或两个以上的线程需要共享同一资源时，线程之间的执行次序就需要协调。

例如：生产者与消费者问题。它是一个多线程同步问题的经典案例，描述有一块缓冲区作为仓库，生产者生产产品放入缓冲区，消费者从缓冲区中取走产品消费。

约束条件：生产者与消费者互斥访问缓冲区，即一次只能放一个或取一个产品，当缓冲区满时生产者暂停生产，等待消费者消费产品，当缓冲区空时消费者暂停消费，等待生产者生产产品。缓冲区生产者消费者JDK5.0之后提供的更加健壮的多线程同步处理机制，使用await()/signal()方法解决生产者消费者的同步问题。假设：一个生产者，一个消费者，一个缓冲区，缓冲区最多只能放4个产品，生产者一次只能送一个生产的产品到仓库，最多只能生产8个产