12-Java多线程技术基础.

《Java程序设计》重庆交大209:1012.Java多线程技术基础12.1线程概述12.1.1线程和进程12.1.2多线程的优势12.2线程的创建和启动12.2.1继承thread类创建线程类12.2.2实现runnable接口创建线程类12.2.3使用Callable和Future创建线程12.2.4三种方式所创建线程的对比12.3线程的生命周期12.3.1新建和就绪状态12.3.2运行和阻塞状态12.3.3线程死亡309:1012.多线程技术前面编写的Java程序(第9~11章的GUI程序除外，它们有内建的多线程支持)，都是单线程(Thread)，只有一条顺序执行流：程序从main方法开始执行，依次向下执行每行代码，如果程序执行某行代码时遇到了阻塞，则程序将会停滞在该处。单线程的程序往往功能非常有限，例如开发一个简单的服务器程序，这个服务器程序需要向不同的客户端提供服务时，不同的客户端之间应该互不干扰，否则会让客户端感觉非常沮丧。多线程听上去是非常专业的概念，其实非常简单——单线程的程序(前面介绍的绝大部分程序)只有一个顺序执行流，多线程的程序则可以包括多个顺序执行流，多个顺序流之间互不干扰。可以这样理解：单线程的程序如同只雇佣一个服务员的餐厅，他必须做完一件事情后才可以做下一件事情；多线程的程序则如同雇佣多个服务员的餐厅，他们可以同时做多件事情。409:1012.多线程技术如下图所示的餐厅点餐台，多个服务员从同一个餐台取餐(类似于多个线程共享系统资源)，每个服务员为一队顾客服务。Java语言提供了非常优秀的多线程支持，程序可以通过非常简单的方式来启动多线程。本章将会详细介绍Java多线程编程的相关方面，包括创建、启动线程、线程的生命周期等。可以利用多线程技术编写Java程序模拟(多个)售票窗口、点餐台等例子。509:1012.1线程概述12.1.1线程和进程几乎所有的操作系统都支持同时运行多个任务，一个任务通常就是一个程序，每个运行中的程序就是一个进程(Process)。当一个程序运行时，内部可能包含了多个顺序执行流，每个顺序执行流就是一个线程。几乎所有的操作系统都支持进程的概念，所有运行中的任务通常对应一个进程。当一个程序进入内存运行时，即变成一个进程。进程是处于运行过程中的程序，并且具有一定的独立功能，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。609:1012.1线程概述12.1.1线程和进程一般而言，进程包含如下三个特征。独立性：进程是系统中独立存在的实体，它可以拥有自己独立的资源，每一个进程都拥有自己私有的地址空间。在没有经过进程本身允许的情况下，一个用户进程不可以直接访问其他进程的地址空间。动态性：进程与程序的区别在于，程序只是一个静态的指令集合，而进程是一个正在系统中活动的指令集合。在进程中加入了时间的概念。进程具有自己的生命周期和各种不同的状态，这些概念在程序中都是不具备的。并发性：多个进程可以在单个处理器上并发执行，多个进程之间不会互相影响。709:1012.1线程概述12.1.1线程和进程809:1012.1线程概述12.1.1线程和进程大部分操作系统都支持多进程并发运行，现代的操作系统几乎都支持同时运行多个任务。但事实的真相是，对于一个CPU而言，它在某个时间点只能执行一个程序，也就是说，只能运行一个进程，CPU不断地在这些进程之间轮换执行。那为什么用户感觉不到任何中断现象呢？这是因为CPU的执行速度相对人的感觉来说实在是太快了(当然，如果启动的程序足够多，用户依然可以感觉到程序的运行速度下降)，所以虽然CPU在多个进程之间轮换执行，但用户感觉到好像有多个进程在同时执行。909:1012.1线程概述12.1.1线程和进程多线程则扩展了多进程的概念，使得同一个进程可以同时并发处理多个任务。线程(Thread)也被称作轻量级进程(LightweightProcess)，线程是进程的执行单元。就像进程在操作系统中的地位一样，线程在程序中是独立的、并发的执行流。当进程被初始化后，主线程就被创建了。对于绝大多数的应用程序来说，通常仅要求有一个主线程，但也可以在该进程内创建多条顺序执行流，这些顺序执行流就是线程，每个线程也是互相独立的。线程是进程的组成部分，一个进程可以拥有多个线程，一个线程必须有一个父进程。线程可以拥有自己的堆栈、自己的程序计数器和自己的局部变量，但不拥有系统资源(CPU时钟周期、地址空间等)，它与父进程的其他线程共享该进程所拥有的全部资源。因为多个线程共享父进程里的全部资源，因此编程更加方便；但必须更加小心，因为需要确保线程不会妨碍同一进程里的其他线程。1009:1012.1线程概述12.1.1线程和进程线程可以完成一定的任务，可以与其他线程共享父进程中的共享变量及部分环境，相互之间协同来完成进程所要完成的任务。线程是独立运行的，它并不知道进程中是否还有其他线程存在。线程的执行是抢占式的，也就是说，当前运行的线程在任何时候都可能被挂起，以便另外一个线程可以运行。一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一个进程中的多个线程之间可以并发执行。从逻辑角度来看，多线程存在于一个应用程序中，让一个应用程序中可以有多个执行部分同时执行，但操作系统无须将多个线程看作多个独立的应用、对多线程实现调度和管理以及资源分配。线程的调度和管理由进程本身负责完成。1109:1012.1线程概述12.1.1线程和进程简而言之，一个程序运行后至少有一个进程，一个进程里可以包含多个线程，但至少要包含一个线程。1209:1012.1线程概述12.1.2多线程的优势线程在程序中是独立的、并发的执行流，与分隔的进程相比，进程中线程之间的隔离程度要小。它们共享内存、文件句柄和其他每个进程应有的状态。因为线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率。线程比进程具有更高的性能，这是由于同一个进程中的线程都有共性——多个线程共享同一个进程虚拟空间。线程共享的环境包括：进程代码段、进程的公有数据等。利用这些共享的数据，线程很容易实现相互之间的通信。当操作系统创建一个进程时，必须为该进程分配独立的内存空间，并分配大量的相关资源；但创建一个线程则简单得多，因此使用多线程来实现并发比使用多进程实现并发的性能要高得多。1309:1012.1线程概述12.1.2多线程的优势总结起来，使用多线程编程具有如下几个优点：进程之间不能共享内存，但线程之间共享内存非常容易。系统创建进程时需要为该进程重新分配系统资源，但创建线程则代价小得多，因此使用多线程来实现多任务并发比多进程的效率高。Java语言内置了多线程功能支持，而不是单纯地作为底层操作系统的调度方式，从而简化了Java的多线程编程。在实际应用中，多线程是非常有用的，一个浏览器必须能同时下载多个图片；一个Web服务器必须能同时响应多个用户请求；Java虚拟机本身就在后台提供了一个超级线程来进行垃圾回收；图形用户界面(GUI)应用也需要启动单独的线程从主机环境收集用户界面事件……总之，多线程在实际编程中的应用是非常广泛的。1409:1012.2线程的创建和启动Java使用Thread类代表线程，所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。每个线程的作用是完成一定的任务，实际上就是执行一段程序流(一段顺序执行的代码)。Java使用线程执行体来代表这段程序流。在Java语言里，创建并启动线程有以下三种方式。1.继承Thread类创建线程类2.实现runnable接口创建线程类3.使用Callable和Future创建线程(了解)1509:1012.2线程的创建和启动12.2.1继承thread类创建线程类通过继承Thread类来创建并启动多线程的步骤如下：1.定义Thread类的子类，并重写该类的run()方法，该run()方法的方法体就代表了线程需要完成的任务。因此把run()方法称为线程执行体。2.创建Thread子类的实例，即创建了线程对象。3.调用线程对象的start()方法来启动该线程。下面程序示范了通过继承Thread类来创建并启动多线程。程序清单：chapter12\FirstThread.java。1609:1012.2线程的创建和启动12.2.1继承thread类创建线程类packagechapter12;//通过继承Thread类来创建线程类publicclassFirstThreadextendsThread{privateinti;//重写run方法，run方法的方法体就是线程执行体publicvoidrun(){for(;i100;i++){//当线程类继承Thread类时，直接使用this即可获取当前线程//Thread对象的getName()返回当前该线程的名字//因此可以直接调用getName()方法返回当前线程的名System.out.println(getName()++i);}}publicstaticvoidmain(String[]args){for(inti=0;i100;i++){//调用Thread的currentThread方法获取当前线程System.out.println(Thread.currentThread().getName()++i);if(i==20){//创建、并启动第一条线程newFirstThread().start();//创建、并启动第二条线程newFirstThread().start();}}}}1709:1012.2线程的创建和启动12.2.1继承thread类创建线程类上面程序中的FirstThread类继承了Thread类，并实现了run()方法，如程序中第一段粗体字代码所示，该run()方法里的代码执行流就是该线程所需要完成的任务。程序的主方法中也包含了一个循环，当循环变量i等于20时创建并启动两个新线程。运行上面程序，会看到如下图所示的结果。1809:1012.2线程的创建和启动12.2.1继承thread类创建线程类虽然上面程序只显式地创建并启动了2个线程，但实际上程序有3个线程，即程序显式创建的2个子线程和主线程。前面已经提到，当Java程序开始运行后，程序至少会创建一个主线程，主线程的线程执行体不是由run()方法确定的，而是由main()方法确定的——main()方法的方法体代表主线程的线程执行体。1909:1012.2线程的创建和启动12.2.1继承thread类创建线程类除此之外，上面程序还用到了线程的如下两个方法：Thread.currentThread()：currentThread()是Thread类的静态方法，该方法总是返回当前正在执行的线程对象。getName()：该方法是Thread类的实例方法，该方法返回调用该方法的线程名字。2009:1012.2线程的创建和启动12.2.1继承thread类创建线程类从上图可以看出，Thread-0和Thread-1两个线程输出的i变量不连续——注意i变量是FirstThread的实例变量，而不是局部变量，但因为程序每次创建线程对象时都需要创建一个FirstThread对象，所以Thread-0和Thread-1不能共享该实例变量。2109:1012.2线程的创建和启动12.2.2实现runnable接口创建线程类实现Runnable接口来创建并启动多线程的步骤如下：1.定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法，该run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。2.创建Runnable实现类的实例，并以此实例作为Thread的target(实际上就是Thread类的构造方法的参数)来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象。代码如下所示。//创建Runnable实现类(如SecondThread)的对象SecondThr