Java语言程序设计基础教程课件(第7章)

第7章多线程线程简介Thread类的子类创建线程实现Runnable接口基本的线程控制线程的调度多线程的互斥与同步Daemon线程程序是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。指一段静态的代码。进程是程序的一次执行过程，是系统进行调度和资源分配的一个独立单位。执行就绪等待PCBCPU挂起7.1线程简介7.1.1进程与线程单线程多线程进程传统进程多线程进程7.1线程简介Java的多线程就是在操作系统每次分时给Java程序一个时间片的CPU时间内，在若干个独立的可控制的线程之间切换。7.1.2线程的状态Java使用Thread类及其子类的对象来表示线程，线程在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的4种状态：1.创建状态(newThread)2.可运行状态(Runnable)3.不可运行状态（NotRunnable）4.死亡状态（Dead）新建状态newThread(..)就绪状态start()等待状态执行状态I/Osleep()CPU调度run()结束stop()yield()消亡I/O完成sleep时间到7.1.2线程的状态例7-17.2Thread类的子类创建线程用Thread类或子类创建线程对象。Thread类的重要方法：run()定义线程的具体操作系统调度此线程时自动执行初始时无具体操作内容如何编程呢？例7-27.2Thread类的子类创建线程MyThreadmt=newMyThread();mt.start();classMyThreadextendsThread{publicvoidrun(){线程体…}}执行run()方法7.3实现Runnable接口Runnable接口自定义类实现Runnable接口使用Thread类的另一构造函数：Thread(Runnable,String)用实现了Runnable接口的类的对象中所定义的run()方法,来覆盖新创建的线程对象的run()方法使用start()启动线程7.3实现Runnable接口classMyRunimplementsRunnable{publicvoidrun(){线程体…}}MyRunmr=newMyRun();Threadt1=newThread(mr);t1.start();//Thread实例用于线程控制适合于：定义run()方法的类必须是其他类或其他类的子类。例7-3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()。7.4基本的线程控制可以通过线程的方法进行基本的线程控制，下面我们熟悉一下常用的方法。1．start()方法线程调用该方法将启动线程，从新建状态进入就绪队列排队。一旦CPU资源轮转到它时，就脱离主线程开始自己的生命周期。2．run()方法系统的Thread类中，run()方法没有具体内容，用户需要在程序中重写run()方法来覆盖原来的run()方法，run()方法中定义线程对象被调度之后所执行的操作，是系统自动调用而用户不能引用的方法。当run()方法执行完毕，线程就变成死亡状态，在线程没有结束run()方法之前，不要让线程再调用start()方法，否则将发生IllegalThreadStateException异常。3．sleep(intmillsecond)方法sleep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。就是让当前线程睡眠（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。4．isAlive()方法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。线程处于新建状态时，调用isAlive()方法返回false，线程进入死亡状态后，调用isAlive()方法返回false。5．currentThread()方法currentThread()方法是Thread类的类方法，可以直接通过类名调用，该方法返回当前正在使用CPU资源的线程。6．Interrupt()方法interrupt()方法常用来“吵醒”休眠的线程。但线程调用sleep方法处于休眠状态时，一个占有CPU资源的线程可以让休眠的线程调用interrupt方法唤醒自己。导致休眠的线程发生InterruptedException异常，结束休眠，重新排队等待CPU资源。例7-47．stop()方法通过调用线程的实例方法stop()来终止线程。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。8．join()方法一个线程在占有CPU资源期间，可以让其他线程调用join()方法和本线程联合。当前线程等待调用该方法的线程结束后，再重新排队等待CPU资源，以便恢复执行。TimerThreadtt=newTimerThread(100);tt.start();…publicvoidtimeout(){tt.join();//当前线程等待线程tt执行完后再继续往下执行…}例7-57.5线程的调度Java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程。线程调度器按照线程的优先级决定应调度哪些线程来执行。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。下述方法可以对优先级进行操作：intgetPriority();得到线程的优先级。voidsetPriority(intnewPriority);当线程被创建后，可通过此方法改变线程的优先级。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。例7-67.6多线程的互斥与同步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。7.6.1临界资源问题下面是一个堆栈的类定义：classstack{intidx=0;//堆栈指针的初始值为0char[]data=newchar[6];//堆栈有6个字符的空间publicvoidpush(charc){//压栈操作data[idx]=c;//数据入栈idx++;//指针向上移动一位}publiccharpop(){//出栈操作idx--;//指针向下移动一位returndata[idx];//数据出栈}}两个线程A和B在同时使用Stack的同一个实例对象，A正在往堆栈里push一个数据，B则要从堆栈中pop一个数据。如果由于线程A和B在对Stack对象的操作上的不完整性，会导致操作的失败，具体过程如下所示：1)操作之前data=|p|q|||||idx=22)A执行push中的第一个语句，将r推入堆栈；data=|p|q|r||||idx=23)A还未执行idx++语句，A的执行被B中断，B执行pop方法，返回q；data=|p|q|r||||idx=14〕A继续执行push的第二个语句：data=|p|q|r||,||idx=2最后的结果相当于r没有入栈。产生这种问题的原因在于对共享数据访问的操作的不完整性。7.6.2互斥锁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。publicvoidpush(charc){synchronized(this){//this表示Stack的当前对象data[idx]=c;idx++;}}publiccharpop(){synchronized(this){//this表示Stack的当前对象idx--;returndata[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。publicsynchronizedvoidpush(charc){…}如果synchronized用在类声明中，则表明该类中的所有方法都是synchronized的。7.6.3多线程的同步本小节将讨论如何控制互相交互的线程之间的运行进度，即多线程之间的同步问题，下面我们将通过多线程同步的模型：生产者-消费者问题来说明怎样实现多线程的同步。我们把系统中使用某类资源的线程称为消费者，产生或释放同类资源的线程称为生产者。例7-7比较一下wait()、notify()和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。7.7Daemon线程一个Daemon线程是在后台执行服务线程，例如网络服务器侦听连接端口的服务，隐藏系统线程，垃圾收集线程或其他JVM建立的线程。当程序中所有的非Daemon的线程都结束了，即使Daemon线程的run()方法中还有需要执行的语句，也立刻结束执行。线程默认是非Daemon线程。一个线程调用voidsetDaemon(booleanon);方法可以将自己设置成一个Daemon线程。这里，参数on取值为true意味着是Daemon线程；取值为false意味着是非Daemon线程，也称用户（user）线程。一个线程必须在运行之前设置自己是否是Daemon线程。例7-8