Java(多线程)

1.理解进程和线程的概念，学习java中线程的使用;2.掌握线程的状态和生命周期、线程的调度和控制方法;3.理解多线程的互斥和同步的实现原理，以及多线程的应用，能够熟练编写关于线程、线程间的同步与通信的小程序第9章多线程教学目的要求9.1多线程的概念进程和线程•进程的定义:一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。一个进程由一个或多个线程运行，线程是操作系统分配CPU运行时间最小单位。•线程的定义：线程是进程中可独立调度执行的子任务，一个进程可以有一个或多个线程，它们共享所属进行所拥有的资源。多线程•多线程是这样一种机制，它允许在程序中“并行”执行多个指令流，每个指令流被称作一个线程，彼此间的执行互相独立。多线程需要操作系统的支持，WIN32平台支持多线程程序，允许程序中存在多个线程。在单CPU计算机系统中，系统把CPU的时间片按照调度算法分配给各个线程，因此各线程实际上是分时执行的，而在多CPU的计算机系统中，同一个程序的不同线程可以分配到不同的CPU上去执行。多个线程的执行是并发的，也就是在逻辑上“同时”，而不是物理上的“同时”。如果系统只有一个CPU，那么真正的“同时”是不可能的，但是由于CPU的速度非常快，用户感觉不到其中的区别，因此我们也不用关心它，只需要设想各个线程是同时执行即可。线程的运行•一个程序并发的运行多个线程，这些线程同时在多处理器上运行，也可以在单处理器系统中分享CPU时间。任务1任务2任务3任务1任务2任务3多线程在多个CPU上运行多线程分享单个CPU多线程的优点•多线程使程序反应更快，交互性更强，并能提供执行效率。多线程使得程序员可以编写高效的程序，因此它充许使用大多数程序中的空闲时间，大多数IO设备，包括网络端口，磁盘驱动器和键盘，都比CPU运行得慢，因此一个程序的运行时间大部分经常花费在等待设备传输信息，通过多线程可以利用这个空闲时间。线程的创建•在Java中，每个程序至少自动拥有一个线程，称为主线程，当程序加载到内存时，启动主线程，如果需要使用其它线程，则可以采用以下两种方式创建新的线程：一种是扩展java.lang.Thread类，用它覆盖Thread类的run()方法；另一种是编写一个类，使之实现java.lang.Runnable接口，然后在Thread构造函数中使用它。•第一种方式只能在类没有扩展其它任何类的情况下才能使用，因为Java不允许多重继承。因此，如果一个类要继承其它的类，最好选用第二种方法，这样会有更大的灵活性。下面分别介绍两种创建线程的方式。1.扩展Thread类•类Thread位于java.lang包中，由于java.lang包自动被导入每个Java程序中，所以可以直接使用类Thread而无需在Java程序开始处编写import语句，也这说明了Java对线程支持的彻底性。通过这个类中的方法，可以启动、终止、中断线程以及查询、设置线程的当前状态。•使用扩展Thread类的方式创建并执行一个线程，需要执行下面4个步骤：扩展java.lang.Thread的类；用希望的执行代码来实现run（）方法；通过new关键字实例化该类的一个新对象（即一个线程）；通过调用start（）方法启动线程。例：通过继承Thread类来实现多线程publicclassTestThread{publicstaticvoidmain(String[]args){PrintCharprintA=newPrintChar('a',100);PrintCharprintB=newPrintChar('b',100);PrintNumprint100=newPrintNum(100);print100.start();printA.start();printB.start();}}classPrintCharextendsThread{privatecharcharToPrint;//Thecharactertoprint;privateinttimes;//thetimestorepeat;publicPrintChar(charc,intt){charToPrint=c;times=t;}publicvoidrun(){for(inti=1;itimes;i++){System.out.print(charToPrint);}}}classPrintNumextendsThread{privateintLastNum;publicPrintNum(intn){LastNum=n;}publicvoidrun(){for(inti=1;i=LastNum;i++)System.out.print(+i);}}2.实现Runnable接口•利用Runnable接口创建和运行线程的编程步骤为：第1步：定义一个Runnable接口的实现类，如MyThread，其内必须实现Runnable接口所声明的run()方法。定义Runnable接口的方法如下：publicclassyourThreadimplementsRunnable{publicvoidrun（）{...//需要以线程方式运行的代码}}第2步：创建一个Thread类的对象，即创建一个线程，调用Thread类带Runnable引用作为形参的构造方法，把Runnable接口实现类对象传递给Thread类的对象即传递给新线程，为新线程提供程序代码和数据。如：yourThreadyourt=newyourThread（）；Threadtt=newThread(yourt)；第3步：用线程对象调用start（）方法启动线程。如：tt.start（）；定义一个实现了Runnable接口的类，将该类的对象作为Thread类的构造方法的参数，生成的Thread对象即为想要创建的线程，这样的线程同样通过start()方法启动。将上例改为通过接口Runnable创建线程的实例。publicclassTestRunable{publicstaticvoidmain(String[]args){ThreadprintA=newThread(newPrintCharRunable('a',100));ThreadprintB=newThread(newPrintCharRunable('b',100));Threadprint100=newThread(newPrintNumRunable(100));print100.start();printA.start();printB.start();}}classPrintCharRunableimplementsRunnable{privatecharcharToPrint;//Thecharactertoprint;privateinttimes;//thetimestorepeat;publicPrintCharRunable(charc,intt){charToPrint=c;times=t;}publicvoidrun(){for(inti=1;itimes;i++){System.out.print(charToPrint);}}}classPrintNumRunableimplementsRunnable{privateintLastNum;publicPrintNumRunable(intn){LastNum=n;}publicvoidrun(){for(inti=1;i=LastNum;i++)System.out.print(+i);}}•从以上创建线程的实例可以看出，构造线程体的两种方法各自的优缺点分析如下：1.使用Runnable接口•可以从其他类继承，当一个线程已继承了另一个类时，就只能用实现Runnable接口的方法来创建线程；•便于保持程序风格的一致性。2.扩展Thread类•不能再从其他类继承，适用于单继承线程情况；•编写简单，可以直接操作线程；由以上分析可知，两种方法各有利弊，读者应该根据实际情况灵活运用。线程的状态与控制•在这里需要明确的是：无论采用扩展Thread类还是实现Runnable接口的方法来实现应用程序的多线程能力，都需要在该类中定义用于完成实际功能的run()方法，这个run()方法称为线程体（Threadbody）。按照线程体在计算机系统内存中的状态，可以将线程从产生到灭亡分为新建、就绪、运行、挂起、死亡等5种状态。新建新建状态运行状态就绪状态挂起状态死亡状态start()wait()sleep()notify()唤醒run()结束run()结束run()结束stop()stop()stop()调度图9.3线程的生命周期•新建状态：线程在已经利用new关键字创建但是还未执行的这段时间里，处于一种特殊的新建状态中，此时，线程对象已经被分配了内存空间，私有数据已经被初始化，但是该线程尚未被调度。此时的线程可以被调度，变成可运行状态，也可以被杀死，变成死亡状态。•就绪状态：在处于创建状态的线程中调用start（）方法将线程的状态转换为就绪状态。这时，线程已经得到除CPU时间之外的其它系统资源，只等JVM（Java虚拟机）的线程调度器按照线程的优先级对该线程进行调度，从而使该线程拥有能够获得CPU时间片的机会。•运行状态：运行状态表明线程正在运行，该线程已经拥有了对CPU的控制权。这个线程一直运行到运行完毕，除非该线程主动放弃CPU的控制权或者CPU的控制权被优先级更高的线程抢占。处在运行状态的线程在下列情况下将让出CPU的控制权：有比当前进程优先级更高的线程进入可运行状态；线程主动睡眠一段时间；线程运行完毕；线程在等待某一资源。•挂起状态：如果一个线程处于挂起状态，那么暂时这个线程无法进入就绪队列。处于挂起状态的线程通常需要由某些事件才能唤醒，至于由什么事件唤醒该线程，则取决于其挂起的原因。处于睡眠状态的线程必须被挂起一段固定的时间，当睡眠时间结束时就变成可运行状态；因等待资源或消息而被挂起的线程则需要由一个外来事件唤醒。•死亡状态：正常情况下run（）返回使得线程死亡。调用stop（）或destroy（）亦有同样效果，但是不被推荐，因为前者会产生异常，后者是强制终止，不会释放内存。同其它Java类一样，Thread类中也有许多有用的方法，在这里只介绍部分常用的方法：1.Publicvoidsuspend():挂起线程，可能引起死锁。2.publicstaticvoidsleep(longmillis)；使当前执行的线程睡眠指定的时间。参数millis是线程睡眠的毫秒数。如果这个线程已经被别的线程中断，就会产生InterruptedException异常。3.publicvoidstart（）；使线程由新建状态变成可运行状态。4.publicvoidrun（）；java运行系统调用该方法来执行线程。用户线程类必须覆盖该方法并且提供线程执行的代码。程序中它永远不能被可运行对象直接调用。5.publicfinalvoidstop（）；停止（杀死）当前线程。6.publicfinalbooleanisAlive（）；测试线程是否处于活动状态，即已启动，但还没有终止。7.Publicstaticbooleanisinterrupted()：测试当前线程是否被中断8.publicfinalvoidsetPriority(intnew)；改变线程的优先级。9.publicstaticThreadcurrenthread（）；返回当前执行线程对象的引用。10.publicfinalvoidnotify（）；唤醒一个等待中的线程。9.3线程的同步线程同步的概念•由于同一进程的多个线程共享同一片存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突这个严重的问题。Java语言提供了专门机制以解决这种冲突，有效避免了同一个数据对象被多个线程同时访问，这套机制就是线程同步。•线程同步是指Java避免多个线程同时访问一个数据而造成数据混乱的方法。它可以避免多个线程同