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  • 【java教程】Java 多线程编程

    栏目: java 发布于: 2014-11-25 12:12:10

    Java 多线程编程

    Java给多线程编程提供了内置的支持。一个多线程程序包含两个或多个能并发运行的部分。程序的每一部分都称作一个线程,并且每个线程定义了一个独立的执行路径。

    多线程是多任务的一种特别的形式。多线程比多任务需要更小的开销。

    这里定义和线程相关的另一个术语:进程:一个进程包括由操作系统分配的内存空间,包含一个或多个线程。一个线程不能独立的存在,它必须是进程的一部分。一个进程一直运行,直到所有的非守候线程都结束运行后才能结束。

    多线程能满足程序员编写非常有效率的程序来达到充分利用CPU的目的,因为CPU的空闲时间能够保持在最低限度。


    一个线程的生命周

    线程经过其生命周期的各个阶段。下图显示了一个线程完整的生命周期。

    java_thread

    • 新状态: 一个新产生的线程从新状态开始了它的生命周期。它保持这个状态知道程序start这个线程。
    • 运行状态:当一个新状态的线程被start以后,线程就变成可运行状态,一个线程在此状态下被认为是开始执行其任务
    • 就绪状态:当一个线程等待另外一个线程执行一个任务的时候,该线程就进入就绪状态。当另一个线程给就绪状态的线程发送信号时,该线程才重新切换到运行状态。
    • 休眠状态: 由于一个线程的时间片用完了,该线程从运行状态进入休眠状态。当时间间隔到期或者等待的时间发生了,该状态的线程切换到运行状态。
    • 终止状态: 一个运行状态的线程完成任务或者其他终止条件发生,该线程就切换到终止状态。

    线程的优先级

    每一个Java线程都有一个优先级,这样有助于操作系统确定线程的调度顺序。Java优先级在MIN_PRIORITY(1)和MAX_PRIORITY(10)之间的范围内。默认情况下,每一个线程都会分配一个优先级NORM_PRIORITY(5)。

    具有较高优先级的线程对程序更重要,并且应该在低优先级的线程之前分配处理器时间。然而,线程优先级不能保证线程执行的顺序,而且非常依赖于平台。


    创建一个线程

    Java提供了两种创建线程方法:

    • 通过实现Runable接口;
    • 通过继承Thread类本身。

    通过实现Runnable接口来创建线程

    创建一个线程,最简单的方法是创建一个实现Runnable接口的类。

    为了实现Runnable,一个类只需要执行一个方法调用run(),声明如下:

    publicvoid run()
    

    你可以重写该方法,重要的是理解的run()可以调用其他方法,使用其他类,并声明变量,就像主线程一样。

    在创建一个实现Runnable接口的类之后,你可以在类中实例化一个线程对象。

    Thread定义了几个构造方法,下面的这个是我们经常使用的:

    Thread(Runnable threadOb,String threadName);
    

    这里,threadOb 是一个实现Runnable 接口的类的实例,并且 threadName指定新线程的名字。

    新线程创建之后,你调用它的start()方法它才会运行。

    void start();
    

    实例

    下面是一个创建线程并开始让它执行的实例:

    // 创建一个新的线程
    class NewThread implements Runnable {
       Thread t;
       NewThread() {
          // 创建第二个新线程
          t = new Thread(this, "Demo Thread");
          System.out.println("Child thread: " + t);
          t.start(); // 开始线程
       }
      
       // 第二个线程入口
       public void run() {
          try {
             for(int i = 5; i > 0; i--) {
                System.out.println("Child Thread: " + i);
                // 暂停线程
                Thread.sleep(50);
             }
         } catch (InterruptedException e) {
             System.out.println("Child interrupted.");
         }
         System.out.println("Exiting child thread.");
       }
    }
     
    public class ThreadDemo {
       public static void main(String args[]) {
          new NewThread(); // 创建一个新线程
          try {
             for(int i = 5; i > 0; i--) {
               System.out.println("Main Thread: " + i);
               Thread.sleep(100);
             }
          } catch (InterruptedException e) {
             System.out.println("Main thread interrupted.");
          }
          System.out.println("Main thread exiting.");
       }
    }
    

    编译以上程序运行结果如下:

    Child thread: Thread[Demo Thread,5,main]
    Main Thread: 5
    Child Thread: 5
    Child Thread: 4
    Main Thread: 4
    Child Thread: 3
    Child Thread: 2
    Main Thread: 3
    Child Thread: 1
    Exiting child thread.
    Main Thread: 2
    Main Thread: 1
    Main thread exiting.
    

    通过继承Thread来创建线程

    创建一个线程的第二种方法是创建一个新的类,该类继承Thread类,然后创建一个该类的实例。

    继承类必须重写run()方法,该方法是新线程的入口点。它也必须调用start()方法才能执行。

    实例

    // 通过继承 Thread 创建线程
    class NewThread extends Thread {
       NewThread() {
          // 创建第二个新线程
          super("Demo Thread");
          System.out.println("Child thread: " + this);
          start(); // 开始线程
       }
     
       // 第二个线程入口
       public void run() {
          try {
             for(int i = 5; i > 0; i--) {
                System.out.println("Child Thread: " + i);
                                // 让线程休眠一会
                Thread.sleep(50);
             }
          } catch (InterruptedException e) {
             System.out.println("Child interrupted.");
          }
          System.out.println("Exiting child thread.");
       }
    }
     
    public class ExtendThread {
       public static void main(String args[]) {
          new NewThread(); // 创建一个新线程
          try {
             for(int i = 5; i > 0; i--) {
                System.out.println("Main Thread: " + i);
                Thread.sleep(100);
             }
          } catch (InterruptedException e) {
             System.out.println("Main thread interrupted.");
          }
          System.out.println("Main thread exiting.");
       }
    }
    

    编译以上程序运行结果如下:

    Child thread: Thread[Demo Thread,5,main]
    Main Thread: 5
    Child Thread: 5
    Child Thread: 4
    Main Thread: 4
    Child Thread: 3
    Child Thread: 2
    Main Thread: 3
    Child Thread: 1
    Exiting child thread.
    Main Thread: 2
    Main Thread: 1
    Main thread exiting.
    

    Thread 方法

    下表列出了Thread类的一些重要方法:

    序号 方法描述
    1 public void start()
    使该线程开始执行;Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。
    2 public void run()
    如果该线程是使用独立的 Runnable 运行对象构造的,则调用该 Runnable 对象的 run 方法;否则,该方法不执行任何操作并返回。
    3 public final void setName(String name)
    改变线程名称,使之与参数 name 相同。
    4 public final void setPriority(int priority)
     更改线程的优先级。
    5 public final void setDaemon(boolean on)
    将该线程标记为守护线程或用户线程。
    6 public final void join(long millisec)
    等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。
    7 public void interrupt()
    中断线程。
    8 public final boolean isAlive()
    测试线程是否处于活动状态。

    测试线程是否处于活动状态。 上述方法是被Thread对象调用的。下面的方法是Thread类的静态方法。

    序号 方法描述
    1 public static void yield()
    暂停当前正在执行的线程对象,并执行其他线程。
    2 public static void sleep(long millisec)
    在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠(暂停执行),此操作受到系统计时器和调度程序精度和准确性的影响。
    3 public static boolean holdsLock(Object x)
    当且仅当当前线程在指定的对象上保持监视器锁时,才返回 true。
    4 public static Thread currentThread()
    返回对当前正在执行的线程对象的引用。
    5 public static void dumpStack()
    将当前线程的堆栈跟踪打印至标准错误流。

    实例

    如下的ThreadClassDemo 程序演示了Thread类的一些方法:

    // 文件名 : DisplayMessage.java
    // 通过实现 Runnable 接口创建线程
    public class DisplayMessage implements Runnable
    {
       private String message;
       public DisplayMessage(String message)
       {
          this.message = message;
       }
       public void run()
       {
          while(true)
          {
             System.out.println(message);
          }
       }
    }
    
    // 文件名 : GuessANumber.java
    // 通过继承 Thread 类创建线程
    
    public class GuessANumber extends Thread
    {
       private int number;
       public GuessANumber(int number)
       {
          this.number = number;
       }
       public void run()
       {
          int counter = 0;
          int guess = 0;
          do
          {
              guess = (int) (Math.random() * 100 + 1);
              System.out.println(this.getName()
                           + " guesses " + guess);
              counter++;
          }while(guess != number);
          System.out.println("** Correct! " + this.getName()
                           + " in " + counter + " guesses.**");
       }
    }
    
    // 文件名 : ThreadClassDemo.java
    public class ThreadClassDemo
    {
       public static void main(String [] args)
       {
          Runnable hello = new DisplayMessage("Hello");
          Thread thread1 = new Thread(hello);
          thread1.setDaemon(true);
          thread1.setName("hello");
          System.out.println("Starting hello thread...");
          thread1.start();
         
          Runnable bye = new DisplayMessage("Goodbye");
          Thread thread2 = new Thread(hello);
          thread2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
          thread2.setDaemon(true);
          System.out.println("Starting goodbye thread...");
          thread2.start();
     
          System.out.println("Starting thread3...");
          Thread thread3 = new GuessANumber(27);
          thread3.start();
          try
          {
             thread3.join();
          }catch(InterruptedException e)
          {
             System.out.println("Thread interrupted.");
          }
          System.out.println("Starting thread4...");
          Thread thread4 = new GuessANumber(75);
         
               thread4.start();
          System.out.println("main() is ending...");
       }
    }
    

    运行结果如下,每一次运行的结果都不一样。

    Starting hello thread...
    Starting goodbye thread...
    Hello
    Hello
    Hello
    Hello
    Hello
    Hello
    Hello
    Hello
    Hello
    Thread-2 guesses 27
    Hello
    ** Correct! Thread-2 in 102 guesses.**
    Hello
    Starting thread4...
    Hello
    Hello
    ..........remaining result produced.
    

    线程的几个主要概念:

    在多线程编程时,你需要了解以下几个概念:

    • 线程同步
    • 线程间通信
    • 线程死锁
    • 线程控制:挂起、停止和恢复

    多线程的使用

    有效利用多线程的关键是理解程序是并发执行而不是串行执行的。例如:程序中有两个子系统需要并发执行,这时候就需要利用多线程编程。

    通过对多线程的使用,可以编写出非常高效的程序。不过请注意,如果你创建太多的线程,程序执行的效率实际上是降低了,而不是提升了。

    请记住,上下文的切换开销也很重要,如果你创建了太多的线程,CPU花费在上下文的切换的时间将多于执行程序的时间!


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