进程与线程

第10讲进程与线程本章内容•进程与线程的概念•创建子进程•线程创建与启动•线程组•定时器TimerTask•线程状态转换•线程的交互•线程的调度•线程同步•并发协作-死锁•线程池•“生产者-消费者-仓储”模型进程和线程•现在的操作系统是多任务的，多线程是实现多任务的一种方式。•进程是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有自己独立的一块内存空间，一个进程中可以启动多个线程。比如在Windows系统中，一个运行的exe就是一个进程。•线程是进程中的执行分支，一个进程可以运行多个线程。进程中的多个线程共享进程的内存。•由于CPU执行速度非常快，给人以多个进程“同时”执行的感觉，实际上线程之间是轮换执行的。创建子进程•通过Java代码启动多个Java子进程，虽然占用一些系统资源，但会使程序更加稳定，因为新启动的程序是在不同的虚拟机进程中运行的，如果有一个进程发生异常，并不影响其它的子进程。•使用Runtime调用子进程程序。•使用ProcessBuilder建立子进程。创建线程•线程的创建有两种方式：第一种：扩展java.lang.Thread类。第二种：实现java.lang.Runnable接口。•重写run()方法。实例化线程•如果是扩展java.lang.Thread类的线程，则直接new即可。•如果是实现了java.lang.Runnable接口的类，则调用Thread的构造方法：Thread(Runnabletarget)Thread(Runnabletarget,Stringname)Thread(ThreadGroupgroup,Runnabletarget)Thread(ThreadGroupgroup,Runnabletarget,Stringname)Thread(ThreadGroupgroup,Runnabletarget,Stringname,longstackSize)分配新的Thread对象，以便将target作为其运行对象，将指定的name作为其名称，作为group所引用的线程组的一员，并具有指定的堆栈尺寸。启动线程•在线程的Thread对象上调用start()方法，而不要直接调用run()或者别的方法。•在调用start()方法之后，发生了一系列动作：1、启动新的执行线程（具有新的调用栈）；2、该线程从新状态转移到可运行状态；3、当该线程获得机会执行时，其目标run()方法将运行。注意：对Java来说，run()方法没有任何特别之处。像main()方法一样，它只是新线程知道调用的方法名称(和签名)。因此，在Runnable上或者Thread上调用run方法是合法的。但并不启动新的线程。关于线程创建和启动的问题•运行中的线程总是有名字的，名字有两个来源，一个是虚拟机自己给的名字，一个是你自己的定的名字。在没有指定线程名字的情况下，虚拟机总会为线程指定名字，并且主线程的名字总是mian，非主线程的名字不确定。•线程都可以设置名字，也可以获取线程的名字，连主线程也不例外。•获取当前线程的对象的方法是：Thread.currentThread()。•一系列线程以某种顺序启动并不意味着将按该顺序执行。对于任何一组启动的线程来说，调度程序不能保证其执行次序，持续时间也无法保证。•当线程目标run()方法结束时该线程完成。•一旦线程启动，它就永远不能再重新启动。只有一个新的线程可以被启动，并且只能一次。一个可运行的线程或死线程可以被重新启动。•线程的调度是JVM的一部分，在一个CPU的机器上上，实际上一次只能运行一个线程。一次只有一个线程栈执行。JVM线程调度程序决定实际运行哪个处于可运行状态的线程。•尽管是采用队列形式，事实上，把它称为可运行池而不是可运行队列。•尽管我们没有无法控制线程调度程序，但可以通过别的方式来影响线程调度的方式。线程状态转换图关于线程状态转换的几点说明•新状态：线程对象已经创建，还没有在其上调用start()方法。•可运行状态：当线程有资格运行，但调度程序还没有把它选定为运行线程时线程所处的状态。当start()方法调用时，线程首先进入可运行状态。在线程运行之后或者从阻塞、等待或睡眠状态回来后，也返回到可运行状态。•运行状态：线程调度程序从可运行池中选择一个线程作为当前线程时线程所处的状态。这也是线程进入运行状态的唯一一种方式。•等待/阻塞/睡眠状态：这是线程有资格运行时它所处的状态。实际上这个三状态组合为一种，其共同点是：线程仍旧是活的，但是当前没有条件运行。换句话说，它是可运行的，但是如果某件事件出现，他可能返回到可运行状态。•死亡态：当线程的run()方法完成时就认为它死去。这个线程对象也许是活的，但是，它已经不是一个单独执行的线程。线程一旦死亡，就不能复生。如果在一个死去的线程上调用start()方法，会抛出java.lang.IllegalThreadStateException异常。定时器TimerTask•TimerTask是一种特殊的线程，用来为Timer安排一次执行或重复执行的任务。它实现了Runnable接口，是一个抽象类：publicabstractclassTimerTaskimplementsRunnable•TimerTask本身没有实现run()方法，需要子类来实现它。•定时器任务与线程不同，它是定时执行的线程，因此不能够直接使用start()来启动它，而需要使用一个特殊的类Timer来启动它。Timer是一种工具，用来安排在后台线程中执行的任务。阻止线程执行的三个因素•IO阻塞•睡眠•等待IO阻塞是由于线程等待输入输出而交出CPU时间处于等待状态。在此暂不讨论IO阻塞的情况。睡眠•Thread.sleep(longmillis)和Thread.sleep(longmillis,intnanos)静态方法强制当前正在执行的线程休眠（暂停执行），以“减慢线程”。当线程睡眠时，它入睡在某个地方，在苏醒之前不会返回到可运行状态。当睡眠时间到期，则返回到可运行状态。•线程睡眠的原因：线程执行太快，或者需要强制进入下一轮，因为Java规范不保证合理的轮换。•睡眠的实现，调用静态方法：Thread.sleep(100);//睡眠100毫秒关于睡眠的几点说明•线程睡眠是帮助所有线程获得运行机会的最好方法。•线程睡眠到期自动苏醒，并返回到可运行状态，不是运行状态。sleep()中指定的时间是线程不会运行的最短时间。因此，sleep()方法不能保证该线程睡眠到期后就开始执行。•sleep()是静态方法，只能控制当前正在运行的线程。线程优先级•线程总是存在优先级，优先级范围在1~10之间。JVM线程调度程序是基于优先级的抢先调度机制。在大多数情况下，当前运行的线程优先级将大于或等于线程池中任何线程的优先级。但这仅仅是大多数情况。•当设计多线程应用程序的时候，一定不要依赖于线程的优先级。因为线程调度优先级操作是没有保障的，只能把线程优先级作用作为一种提高程序效率的方法，但是要保证程序不依赖这种操作。设置线程优先级•线程默认的优先级是创建它的执行线程的优先级。可以通过setPriority(intn)更改线程的优先级。例如：Threadt=newMyThread();t.setPriority(8);t.start();•线程优先级为1~10之间的正整数，JVM从不会改变一个线程的优先级。然而，1~10之间的值是没有保证的。一些JVM可能不能识别10个不同的值，而将这些优先级进行每两个或多个合并，变成少于10个的优先级，则两个或多个优先级的线程可能被映射为一个优先级。线程优先级的默认值•线程默认优先级是5，Thread类中有三个常量，定义线程优先级范围：staticintMAX_PRIORITY线程可以具有的最高优先级。staticintMIN_PRIORITY线程可以具有的最低优先级。staticintNORM_PRIORITY分配给线程的默认优先级。静态方法yield()•Thread.yield()方法作用是：暂停当前正在执行的线程对象，并执行其他线程。•yield()应该做的是让当前运行线程回到可运行状态，以允许具有相同优先级的其他线程获得运行机会。因此，使用yield()的目的是让相同优先级的线程之间能适当的轮转执行。但是，实际中无法保证yield()达到让步目的，因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。•结论：yield()从未导致线程转到等待/睡眠/阻塞状态。在大多数情况下，yield()将导致线程从运行状态转到可运行状态，但有可能没有效果。非静态方法join()•Thread的非静态方法join()让一个线程B“加入”到另外一个线程A的尾部。在A执行完毕之前，B不能工作。例如：Threadt=newMyThread();t.start();t.join();•另外，join()方法还有带超时限制的重载版本。例如t.join(5000);则让线程等待5000毫秒，如果超过这个时间，则停止等待，变为可运行状态。守护线程•守护线程与普通线程写法上没有区别，调用线程对象的方法setDaemon(true)，则可以将其设置为守护线程。•setDaemon方法的详细说明：publicfinalvoidsetDaemon(booleanon)将该线程标记为守护线程或用户线程。当正在运行的线程都是守护线程时，Java虚拟机退出。该方法必须在启动线程前调用。该方法首先调用该线程的checkAccess方法，且不带任何参数。这可能抛出SecurityException（在当前线程中）。线程状态转换知识小结•调用Thread.sleep()：使当前线程睡眠至少多少毫秒（尽管它可能在指定的时间之前被中断）。•调用Thread.yield()：不能保障太多事情，尽管通常它会让当前运行线程回到可运行性状态，使得有相同优先级的线程有机会执行。•调用join()方法：保证当前线程停止执行，直到该线程所加入的线程完成为止。如果它加入的线程没有存活，则当前线程不需要停止。线程离开运行状态的几个原因•除了以上三种方式外，还有下面几种特殊情况可能使线程离开运行状态：1、线程的run()方法完成。2、在对象上调用wait()方法（不是在线程上）。3、线程不能在对象上获得锁定，它正试图运行该对象的方法代码。4、线程调度程序可以决定将当前运行状态移动到可运行状态，以便让另一个线程获得运行机会，而不需要任何理由。线程同步•线程的同步是保证多线程安全访问竞争资源的一种手段。•对于同步，在具体的Java代码中需要完成一下两个操作：把竞争访问的资源标识为private；同步哪些修改变量的代码，使用synchronized关键字同步方法或代码。并发协作-死锁•发生死锁的原因一般是两个对象的锁相互等待造成的。publicintread(){synchronized(resourceA){System.out.println(read():+Thread.currentThread().getName()+获取了resourceA的锁！);synchronized(resourceB){System.out.println(read():+Thread.currentThread().getName()+获取了resourceB的锁！);returnresourceB.value+resourceA.value;}}}publicvoidwrite(inta,intb){synchronized(resourceB){System.out.println(write():+Thread.currentThread().getName()+获取了resourceA的锁！);synchronized(resourceA){System.out.println(write():+Thread.currentThread().getName()+获取了resourceB的锁！);resourceA.valu