Java 多线程（一）

男娘i 2022-04-16 03:09 252阅读 0赞

1、向服务器上程序都是采用多线程做的，为什么采用多线程呢，就是提高程序运行速度，就说访问数据库吧，服务器可以给每个连接数据库的客户端创建一个线程，然后这个线程就负责这个客户端数据的插入，查询，等操作，每一个客户端访问数据库都会创建一个线程，cpu采用分时操作，所以看起来好象同时多个客户端同时操作数据库一样，提高了访问速度。  
  
  
２． Java中的线程由三部分组成  
1. 虚拟的CPU，封装在java.lang.Thread类中。  
　　2. CPU所执行的代码，传递给Thread类。  
　　3. CPU所处理的数据，传递给Thread类。  
Java的线程是通过java.lang.Thread类来实现的。当我们生成一个Thread类的对象之后,一个新的线程就产生了。  
它的构造方法：  
public Thread （ThreadGroup group，Runnable target，String name）；  
其中，group 指明该线程所属的线程组；target实际执行线程体的目标对象，它必须实现接口Runnable； name为线程名。如果name为null时，则Java自动提供唯一的名称。  
  
一个类声明实现Runnable接口就可以充当线程体，在接口Runnable中只定义了一个方法 run（）：  
　　public void run（）；  
每个线程都是通过某个特定Thread对象的方法run( )来完成其操作的，方法run( )称为线程体  
1. 创建状态(new Thread)  
　　执行下列语句时，线程就处于创建状态：  
　　Thread myThread = new MyThreadClass( );  
　　当一个线程处于创建状态时，它仅仅是一个空的线程对象，系统不为它分配资源。  
  
　　2. 可运行状态( Runnable )  
　　Thread myThread = new MyThreadClass( );  
　　myThread.start( );  
　　当一个线程处于可运行状态时，系统为这个线程分配了它需的系统资源，安排其运行并调用线程运行方法，这样就使得该线程处于可运行( Runnable )状态。需要注意的是这一状态并不是运行中状态（Running ），因为线程也许实际上并未真正运行。由于很多计算机都是单处理器的，所以要在同一时刻运行所有的处于可运行状态的线程是不可能的，Java的运行系统必须实现调度来保证这些线程共享处理器。  
　　  
　　3. 不可运行状态（Not Runnable）  
　　进入不可运行状态的原因有如下几条：  
　　1） 调用了sleep（）方法;  
　　2） 调用了suspend（）方法;  
　　3） 为等候一个条件变量，线程调用wait（）方法;  
　　4） 输入输出流中发生线程阻塞;  
　　不可运行状态也称为阻塞状态（Blocked（输入/）。因为某种原因输出、等待消息或其它阻塞情况），系统不能执行线程的状态。这时即使处理器空闲，也不能执行该线程。  
  
　　4. 死亡状态（Dead）  
　　线程的终止一般可通过两种方法实现：自然撤消（线程执行完）或是被停止（调用stop()方法）。目前不推荐通过调用stop()来终止线程的执行，而是让线程执行完。  
class SimpleThread extends Thread \{  
public SimpleThread(String str) \{  
super(str);  
\}  
public void run() \{  
for(int i = 0; i < 10; i++) \{  
System.out.println(i + " " + getName());  
try \{  
sleep((int)(Math.random() \* 1000));  
\} catch (InterruptedException e) \{\}  
\}  
  
System.out.println( "DONE! " + getName());  
\}  
\}  
public class TwoThreadsTest \{  
public static void main (String\[\] args) \{  
new SimpleThread( "First ").start();  
new SimpleThread( "Second ").start();  
\}  
  
\}  
两个线程是交错运行的，感觉就象是两个线程在同时运行。但是实际上一台计算机通常就只有一个CPU，在某个时刻只能是只有一个线程在运行。  
在编程时要注意给每个线程执行的时间和机会，主要是通过让线程睡眠的办法（调用sleep()方法）来让当前线程暂停执行，然后由其它线程来争夺执行的机会。如果上面的程序中没有用到sleep()方法，则就是第一个线程先执行完毕，然后第二个线程再执行完毕。  
两种方法实现线程体  
１． 定义一个线程类，它继承线程类Thread并重写其中的方法 run（）  
２． 提供一个实现接口Runnable的类作为一个线程的目标对象，在初始化一个Thread类或者Thread子类的线程对象时，把目标对象传递给这个线程实例，由该目标对象提供线程体 run（）。  
public class Clock extends java.applet.Applet implements Runnable \{  
Thread clockThread;  
clockThread = new Thread(this, "Clock ");  
/\*线程体是Clock对象本身，线程名字为 "Clock "\*/  
clockThread.start(); //启动线程  
  
３． 构造线程体的两种方法的比较：  
  
　　1. 使用Runnable接口  
　　　1) 可以将CPU，代码和数据分开，形成清晰的模型;  
　　　2) 还可以从其他类继承;  
　　　3) 保持程序风格的一致性。  
  
　　2. 直接继承Thread类  
　　　1) 不能再从其他类继承;  
　　　2) 编写简单，可以直接操纵线程，无需使用Thread.currentThread()。  
４． 线程的调度  
线程调度器按线程的优先级高低选择高优先级线程（进入运行中状态）执行，同时线程调度是抢先式调度，即如果在当前线程执行过程中，一个更高优先级的线程进入可运行状态，则这个线程立即被调度执行。  
抢先式调度又分为：时间片方式和独占方式。在时间片方式下，当前活动线程执行完当前时间片后，如果有其他处于就绪状态的相同优先级的线程，系统会将执行权交给其他就绪态的同优先级线程；当前活动线程转入等待执行队列，等待下一个时间片的调度。  
在独占方式下，当前活动线程一旦获得执行权，将一直执行下去，直到执行完毕或由于某种原因主动放弃CPU，或者是有一高优先级的线程处于就绪状态。  
下面几种情况下，当前线程会放弃CPU:  
  
　　1. 线程调用了yield() 或sleep() 方法主动放弃；  
  
　　2. 由于当前线程进行I/O 访问，外存读写，等待用户输入等操作，导致线程阻塞；或者是为等候一个条件变量，以及线程调用wait（）方法；  
  
　　3. 抢先式系统下，由高优先级的线程参与调度；时间片方式下，当前时间片用完，由同优先级的线程参与调度  
线程的优先级  
线程的优先级用数字来表示，范围从1到10，即Thread.MIN\_PRIORITY到Thread.MAX\_PRIORITY。一个线程的缺省优先级是5，即Thread.NORM\_PRIORITY  
int getPriority(); //得到线程的优先级  
　　void setPriority(int newPriority);  
　　//当线程被创建后，可通过此方法改变线程的优先级  
一个线程在空闲时应该主动放弃CPU，以使其他同优先级和低优先级的线程得到执行  
public class ThreadTest\{  
public static void main (String\[\] args) \{  
Thread t1 = new MyThread( "T1 ");  
t1.setPriority( Thread.MIN\_PRIORITY );  
t1.start( );  
Thread t2 = new MyThread( "T2 ");  
t2.setPriority( Thread.MAX\_PRIORITY );  
t2.start( );  
Thread t3 = new MyThread( "T3 ");  
t3.setPriority( Thread.MAX\_PRIORITY );  
t3.start( );  
\}  
\}  
class MyThread extends Thread \{  
String message;  
MyThread (String message) \{  
this.message = message;  
\}  
public void run() \{  
for ( int i=0; i <3; i++ )  
System.out.println( message+ " "+getPriority() );  
\}  
\}  
  
1．终止线程  
  
　　线程终止后，其生命周期结束了，即进入死亡态，终止后的线程不能再被调度执行，以下几种情况，线程进入终止状态：  
　　1) 线程执行完其run()方法后，会自然终止。  
　　2) 通过调用线程的实例方法stop()来终止线程。  
2． 测试线程状态  
  
　　可以通过Thread 中的isAlive() 方法来获取线程是否处于活动状态；线程由start() 方法启动后，直到其被终止之间的任何时刻，都处于 'Alive '状态。  
  
　3． 线程的暂停和恢复  
  
　　有几种方法可以暂停一个线程的执行，在适当的时候再恢复其执行。  
　　1) sleep() 方法  
　　当前线程睡眠（停止执行）若干毫秒，线程由运行中状态进入不可运行状态，停止执行时间到后线程进入可运行状态。  
  
　　2) suspend()和resume()方法  
　　线程的暂停和恢复，通过调用线程的suspend()方法使线程暂时由可运行态切换到不可运行态，若此线程想再回到可运行态，必须由其他线程调用resume()方法来实现。  
　　注：从JDK1.2开始就不再使用suspend()和resume()。  
  
　　3) join()  
　　当前线程等待调用该方法的线程结束后, 再恢复执行.  
　　TimerThread tt=new TimerThread(100);  
　　tt.start();  
　　…  
　　public void timeout()\{  
　　tt.join();// 当前线程等待线程tt 执行完后再继续往下执行  
　　… \}  
  
  
临界资源问题  
  
　　前面所提到的线程都是独立的，而且异步执行，也就是说每个线程都包含了运行时所需要的数据或方法，而不需要外部的资源或方法，也不必关心其它线程的状态或行为。但是经常有一些同时运行的线程需要共享数据，此时就需考虑其他线程的状态和行为，否则就不能保证程序的运行结果的正确性  
  
为解决操作的不完整性问题，在Java 语言中，引入了对象互斥锁的概念，来保证共享数据操作的完整性。每个对象都对应于一个可称为 " 互斥锁 " 的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象。 关键字synchronized 来与对象的互斥锁联系。当某个对象用synchronized 修饰时，表明该对象在任一时刻只能由一个线程访问。  
互斥锁  
class stack\{  
　　　　public void push(char c)\{  
　　　　synchronized(this)\{ //this表示Stack的当前对象  
　　　　　　data\[idx\]=c;  
　　　　　　idx++;  
　　　 　\}  
　　　　\}  
　　　　public char pop()\{  
　　　　　　synchronized(this)\{ //this表示Stack的当前对象  
　　　　　　idx--;  
　　　　　　return data\[idx\];  
　　　　　　\}  
　　　　\}  
\}  
　　synchronized 除了象上面讲的放在对象前面限制一段代码的执行外，还可以放在方法声明中，表示整个方法为同步方法。  
　　public synchronized void push(char c)\{  
　　…  
　　　　\}  
  
　　如果synchronized用在类声明中，则表明该类中的所有方法都是synchronized的。  
多线程的同步  
　class SyncStack\{ //同步堆栈类  
　　　private int index = 0; //堆栈指针初始值为0  
　　　private char \[\]buffer = new char\[6\]; //堆栈有6个字符的空间  
  
　　　public synchronized void push(char c)\{ //加上互斥锁  
　　　　　while(index = = buffer.length)\{ //堆栈已满，不能压栈  
　　　　　try\{  
　　　　　　　　this.wait(); //等待，直到有数据出栈  
　　　　　　　\}catch(InterruptedException e)\{\}  
　　　　　　　\}  
　　　this.notify(); //通知其它线程把数据出栈  
　　　buffer\[index\] = c; //数据入栈  
　　　index++; //指针向上移动  
　　　\}  
　　　public synchronized char pop()\{ //加上互斥锁  
　　　　　　　while(index ==0)\{ //堆栈无数据，不能出栈  
　　　　　　　　try\{  
　　　　　　　　　　　this.wait(); //等待其它线程把数据入栈  
　　　　　　　　\}catch(InterruptedException e)\{\}  
　　　　　　　　　　\}  
　　　　　　　this.notify(); //通知其它线程入栈  
　　　　　　　index- -; //指针向下移动  
　　　　　　　return buffer\[index\]; //数据出栈  
　　　　\}  
　　　　　　　\}  
　　　　class Producer implements Runnable\{ //生产者类  
　　　　　　　SyncStack theStack;  
　　　　　　　　//生产者类生成的字母都保存到同步堆栈中  
  
　　　　　　　public Producer(SyncStack s)\{  
　　　　　　　　　　theStack = s;  
　　　　　　　\}  
　　　　　　　public void run()\{  
　　　　　　　　　　char c;  
　　　　　　　　　　for(int i=0; i <20; i++)\{  
　　　　　　　　　　　　c =(char)(Math.random()\*26+ 'A ');  
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//随机产生20个字符  
　　　　　　　　　　　　theStack.push(c); //把字符入栈  
　　　　　　　　　　　　System.out.println( "Produced: "+c); //打印字符  
　　　　　　　　　　　　try\{  
　　　　　　　　　　　　Thread.sleep((int)(Math.random()\*1000));  
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　/\*每产生一个字符线程就睡眠\*/  
　　　　　　　　　　　　\}catch(InterruptedException e)\{\}  
　　　　　　　　　　\}  
　　　　　　　\}  
　　　　　\}  
　　　　　class Consumer implements Runnable\{ //消费者类  
　　　　　　　　　SyncStack theStack;  
　　　　　　　　　　　　　　　　　　//消费者类获得的字符都来自同步堆栈  
  
　　　　　　　　　public Consumer(SyncStack s)\{  
　　　　　　　　　　　　　theStack = s;  
　　　　　　　　　\}  
　　　　　　　　　public void run()\{  
　　　　　　　　　　　　　char c;  
　　　　　　　　　　　　　for(int i=0;i <20;i++)\{  
　　　　　　　　　　　　　　　c = theStack.pop(); //从堆栈中读取字符  
　　　　　　　　　　　　　System.out.println( "Consumed: "+c);  
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//打印字符  
　　　　　　　　　　　　　try\{  
　　　　　　　　　　　　　Thread.sleep((int)(Math.random()\*1000));  
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　/\*每读取一个字符线程就睡眠\*/  
　　　　　　　　　　　　　\}catch(InterruptedException e)\{\}  
　　　　　　　　　\}  
　　　　　　　\}  
　　　　　\}  
　　　　　public class SyncTest\{  
　　　　　　　public static void main(String args\[\])\{  
　　　　　　　　　SyncStack stack = new SyncStack();  
　　　//下面的消费者类对象和生产者类对象所操作的是同一个同步堆栈对象  
　　　　　　　　　Runnable source=new Producer(stack);  
　　　　　　　　　Runnable sink = new Consumer(stack);  
　　　　　　　　　Thread t1 = new Thread(source); //线程实例化  
　　　　　　　　　Thread t2 = new Thread(sink); //线程实例化  
　　　　　　　　　t1.start(); //线程启动  
　　　　　　　　　t2.start(); //线程启动  
　　　　　　　\}  
　　　　　\}  
通过运用wait()和notify()方法来实现线程的同步，在同步中还会用到notifyAll()方法  
(1) wait,nofity,notifyAll必须在已经持有锁的情况下执行,所以它们只能出现在synchronized作用的范围内，也就是出现在用synchronized修饰的方法或类中。  
  
　　(2) wait的作用:释放已持有的锁,进入等待队列.  
　　  
　　(3) notify的作用:唤醒wait队列中的第一个线程并把它移入锁申请队列.  
  
　　(4) notifyAll的作用:唤醒wait队列中的所有的线程并把它们移入锁申请队列.  
  
堵塞  
(1) 调用sleep(毫秒数)，使线程进入“睡眠”状态。在规定的时间内，这个线程是不会运行的。  
(2) 用suspend()暂停了线程的执行。除非线程收到resume()消息，否则不会返回“可运行”状态。  
(3) 用wait()暂停了线程的执行。除非线程收到nofify()或者notifyAll()消息，否则不会变成“可运行”（是的，这看起来同原因2非常相象，但有一个明显的区别是我们马上要揭示的）。  
(4) 线程正在等候一些IO（输入输出）操作完成。  
(5) 线程试图调用另一个对象的“同步”方法，但那个对象处于锁定状态，暂时无法使用。