Java语言中的多线程编程

Java语言中的多线程编程摘要：介绍了Java语言的多线程编程的实现。通过程序实例介绍了线程同步、线程死锁的避免以及线程通信的编程方法。关键词：Java多线程线程同步死锁线程通信中图分类号：文献标示码：1Java中线程的创建方式Java语言是支持多线程编程的程序设计语言。在Java语言中主要有两种创建线程的方式。第一种是通过Thread类的子类创建线程对象，在Thread类的子类中重写超类的publicvoidrun()方法以指明线程体的具体操作；第二种是通过Thread类和Runnable接口实现类的对象创建线程对象，其构造方法是publicThread(Runnabletarget)，其中target为Runnable接口实现类的对象，实现的接口方法publicvoidrun()即为线程体。由于Java语言具有单继承的特点，所以第二种创建线程的方式比较灵活[1]。2Java的线程同步线程同步的目的是为了保护多个线程访问共享资源时对资源的破坏。Java中的线程同步是通过锁来实现。任何对象都可以作为同步监视器对象，每个同步监视器对象都有且仅有一个锁，线程一旦获取了该同步监视器对象的锁，其他访问该同步监视器对象的线程就要等待。例如用java程序模拟航班售票系统，在多个窗口同时发售某日某次航班的M张机票。在这个问题中，每个售票窗口可以看做一个线程，多个窗口共享这M张机票，对共享资源要进行互斥访问[2]。程序代码如下：publicclassSaleTicketimplementsRunnable{inttickets=100;//机票总数为100张publicvoidrun(){while(tickets0){synchronized(this){if(tickets0){try{Thread.sleep(100);}catch(Exceptione){}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+卖出+tickets--+号票);}}}}}在这段程序中，为了对共享资源进行互斥操作，把对共享资源tickets进行访问的代码放到了synchronized(this){}同步代码块中。Synchronized后面的this就是同步监视器对象。当某个售票窗口线程获得这个同步监视器对象的锁后，其他窗口就要等待。也可以将同步代码块的内容放到一个同步方法中，将同步代码块换成这个同步方法的调用。如上例中，将同步代码块的内容放到下面的sale()方法中。synchronizedvoidsale(){if(tickets0){try{Thread.sleep(100);}catch(Exceptione){}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+卖出+tickets--+号票);}}3Java中线程死锁的避免如果多个线程使用共享资源时，资源分配不当，就有可能引起多个线程对共享资源的循环等待，产生死锁，程序无法继续执行下去。例如经典的哲学家就餐问题：5个哲学家P0，P1，P2，P3，P4围着一张圆桌就坐，每两个哲学家之间放一根筷子，每个哲学家必须拿到左右手的两个筷子才能吃到饭。在这个例子中，筷子是共享资源。假设每个哲学家的编号和他左手边的筷子号相同，可以在程序中设置5个同步监视器Object[]chopstic=newObject[5];其中每个同步监视器对象代表一根筷子。可定义如下的Runnable接口实现类Philosopher：publicclassPhilosopherimplementsRunnable{Object[]chopstic;//共享的同步监视器对象数组intnumber;//哲学家编号publicPhilosopher(Object[]chopstic,intnumber){this.chopstic=chopstic;this.number=number;}publicvoidrun(){intleft,right;left=number;right=(number+1)%5;while(true){synchronized(chopstic[left]){try{Thread.sleep(1000);}catch(Exceptione){}synchronized(chopstic[right]){try{Thread.sleep(1000);}catch(Exceptione){}System.out.println(number+号哲学家吃饭);}}try{Thread.sleep(1000);}catch(Exceptione){}}}}这样的代码运行时，每个哲学家刚好拿到左手边的筷子，然后都等待右手边的筷子，此时就会处于死锁状态。为了避免死锁，可以改变资源的分配策略，规定每个哲学家吃饭时必须先取得编号小的筷子，再取得编号大的筷子。所以在线程体中，取筷子之前可以先执行如下的语句就会避免死锁if(leftright){left=left^right;right=left^right;left=left^right;}4Java中线程间的通信如果多个线程使用共享资源时，需要协调彼此间的执行顺序，可以通过在线程间传递数据和调用同步监视器对象的wait()、nitify()或notifyall()这三个方法实现。同步监视器调用wait()方法，使得当前线程放弃同步监视器并且进入睡眠状态，直到其他线程进入同一监视器并调用nitify()或notifyAll()为止。同步监视器调用nitify()方法，可以唤醒同一个同步监视器对象调用wait()方法而睡眠的第一个线程。同步监视器调用nitifyAll()方法，可以唤醒同一个同步监视器对象调用wait()方法而睡眠的所有线程。[3]例如经典的生产者消费者问题：假设有一个容量为1缓冲区，一个生产者线程，将数据存入缓冲区中；一个消费者线程，从缓冲区中取数据，要求两者同步（即缓冲区空才可以存，缓冲区满才可以取）。初始时，缓冲区为空，生产者线程可以存数据，然后给消费者线程传递缓冲区满的信息，消费者线程可以取数据。消费者线程取走数据后，给生产者线程传递缓冲区空的消息，生产者线程可以继续存数据。于是缓冲区类Buffer可以定义如下：classBuffer{intdata;booleanisFull=false;}下面是生产者线程和消费者线程的Runnable接口实现类：classProducerimplementsRunnable{Bufferbuffer;publicProducer(Bufferbuffer){this.buffer=buffer;}publicvoidrun(){while(true){synchronized(buffer){while(isFull)try{wait();}catch(Exceptione){}buffer.data=(int)(Math.random()*100);System.out.println(生产者存入数据：+buffer.data);isFull=true;notify();}}}}classConsumerimplementsRunnable{Bufferbuffer;publicConsumer(Bufferbuffer){this.buffer=buffer;}publicvoidrun(){while(true){synchronized(buffer){while(!isFull)try{wait();}catch(Exceptione){}System.out.println(消费者取出数据：+buffer.data);isFull=false;notify();}}}}5小结通过上面的几个经典的例子，我们了解了Java语言中线程的创建、线程同步以及线程通信的基本编程方法。掌握了以上代码中的Synchronized同步代码块或者同步方法，以及同步监视器对象的wait()、nitify()和notifyall()方法，有利于我们更深入地学习Java语言的线程编程。参考文献：[1]耿祥义．Java2实用教程[M]．北京：清华大学出版社，2012.8．382-384．[2]张玉宏．Java从入门到精通第2版[M]．北京：人民邮电出版社，2015.3．582．[3]传智播客高教产品研发部．Java基础入门[M]．北京：清华大学出版社，2014.5．181．MultiThreadProgrammingofJavaLanguageAbstract:ThispaperintroducestherealizationofmultithreadprogramminginJavalanguage.Itintroducesthethreadsynchronization,threaddeadlockavoidanceandtheprogrammingmethodofthreadcommunication.keywords:Javamultithreading;threadsynchronization;deadlock;threadcommunication