Java如何模拟多线程

2023-02-22 16:50:02Python013

Java如何模拟多线程,第1张

Java提供了线程类Thread来创建多线程的程序。其实，创建线程与创建普通的类的对象的操作是一样的，而线程就是Thread类或其子类的实例对象。每个Thread对象描述了一个单独的线程。要产生一个线程，有两种方法：

◆需要从Java.lang.Thread类派生一个新的线程类，重载它的run()方法；

◆实现Runnalbe接口，重载Runnalbe接口中的run()方法。

为什么Java要提供两种方法来创建线程呢？它们都有哪些区别？相比而言，哪一种方法更好呢？

在Java中，类仅支持单继承，也就是说，当定义一个新的类的时候，它只能扩展一个外部类.这样，如果创建自定义线程类的时候是通过扩展 Thread类的方法来实现的，那么这个自定义类就不能再去扩展其他的类，也就无法实现更加复杂的功能。因此，如果自定义类必须扩展其他的类，那么就可以使用实现Runnable接口的方法来定义该类为线程类，这样就可以避免Java单继承所带来的局限性。

还有一点最重要的就是使用实现Runnable接口的方式创建的线程可以处理同一资源，从而实现资源的共享.

（1）通过扩展Thread类来创建多线程

假设一个影院有三个售票口，分别用于向儿童、成人和老人售票。影院为每个窗口放有100张电影票，分别是儿童票、成人票和老人票。三个窗口需要同时卖票，而现在只有一个售票员，这个售票员就相当于一个CPU，三个窗口就相当于三个线程。通过程序来看一看是如何创建这三个线程的。

public class MutliThreadDemo {

public static void main(String [] args){

MutliThread m1=new MutliThread("Window 1")

MutliThread m2=new MutliThread("Window 2")

MutliThread m3=new MutliThread("Window 3")

m1.start()

m2.start()

m3.start()

}

class MutliThread extends Thread{

private int ticket=100//每个线程都拥有100张票

MutliThread(String name){

super(name)//调用父类带参数的构造方法

}

public void run(){

while(ticket>0){

System.out.println(ticket--+" is saled by "+Thread.currentThread().getName())

}

程序中定义一个线程类，它扩展了Thread类。利用扩展的线程类在MutliThreadDemo类的主方法中创建了三个线程对象，并通过start()方法分别将它们启动。

从结果可以看到，每个线程分别对应100张电影票，之间并无任何关系，这就说明每个线程之间是平等的，没有优先级关系，因此都有机会得到CPU的处理。但是结果显示这三个线程并不是依次交替执行，而是在三个线程同时被执行的情况下，有的线程被分配时间片的机会多，票被提前卖完，而有的线程被分配时间片的机会比较少，票迟一些卖完。

可见，利用扩展Thread类创建的多个线程，虽然执行的是相同的代码，但彼此相互独立，且各自拥有自己的资源，互不干扰。

（2）通过实现Runnable接口来创建多线程

public class MutliThreadDemo2 {

public static void main(String [] args){

MutliThread m1=new MutliThread("Window 1")

MutliThread m2=new MutliThread("Window 2")

MutliThread m3=new MutliThread("Window 3")

Thread t1=new Thread(m1)

Thread t2=new Thread(m2)

Thread t3=new Thread(m3)

t1.start()

t2.start()

t3.start()

}

class MutliThread implements Runnable{

private int ticket=100//每个线程都拥有100张票

private String name

MutliThread(String name){

this.name=name

}

public void run(){

while(ticket>0){

System.out.println(ticket--+" is saled by "+name)

}

由于这三个线程也是彼此独立，各自拥有自己的资源，即100张电影票，因此程序输出的结果和（1）结果大同小异。均是各自线程对自己的100张票进行单独的处理，互不影响。

可见，只要现实的情况要求保证新建线程彼此相互独立，各自拥有资源，且互不干扰，采用哪个方式来创建多线程都是可以的。因为这两种方式创建的多线程程序能够实现相同的功能。

由于这三个线程也是彼此独立，各自拥有自己的资源，即100张电影票，因此程序输出的结果和例4.2.1的结果大同小异。均是各自线程对自己的100张票进行单独的处理，互不影响。

（3）通过实现Runnable接口来实现线程间的资源共享

现实中也存在这样的情况，比如模拟一个火车站的售票系统，假如当日从A地发往B地的火车票只有100张，且允许所有窗口卖这100张票，那么每一个窗口也相当于一个线程，但是这时和前面的例子不同之处就在于所有线程处理的资源是同一个资源，即100张车票。如果还用前面的方式来创建线程显然是无法实现的，这种情况该怎样处理呢？看下面这个程序，程序代码如下所示：

+ View Code

结果正如前面分析的那样，程序在内存中仅创建了一个资源，而新建的三个线程都是基于访问这同一资源的，并且由于每个线程上所运行的是相同的代码，因此它们执行的功能也是相同的。

可见，如果现实问题中要求必须创建多个线程来执行同一任务，而且这多个线程之间还将共享同一个资源，那么就可以使用实现Runnable接口的方式来创建多线程程序。而这一功能通过扩展Thread类是无法实现的，读者想想看，为什么？

实现Runnable接口相对于扩展Thread类来说，具有无可比拟的优势。这种方式不仅有利于程序的健壮性，使代码能够被多个线程共享，而且代码和数据资源相对独立，从而特别适合多个具有相同代码的线程去处理同一资源的情况。这样一来，线程、代码和数据资源三者有效分离，很好地体现了面向对象程序设计的思想。因此，几乎所有的多线程程序都是通过实现Runnable接口的方式来完成的。

作者 natrium 一理解多线程多线程是这样一种机制它允许在程序中并发执行多个指令流每个指令流都称为一个线程彼此间互相独立线程又称为轻量级进程它和进程一样拥有独立的执行控制由操作系统负责调度区别在于线程没有独立的存储空间而是和所属进程中的其它线程共享一个存储空间这使得线程间的通信远较进程简单 多个线程的执行是并发的也就是在逻辑上同时而不管是否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多线程和传统的单线程在程序设计上最大的区别在于由于各个线程的控制流彼此独立使得各个线程之间的代码是乱序执行的由此带来的线程调度同步等问题将在以后探讨二在Java中实现多线程我们不妨设想为了创建一个新的线程我们需要做些什么？很显然我们必须指明这个线程所要执行的代码而这就是在Java中实现多线程我们所需要做的一切！真是神奇！Java是如何做到这一点的？通过类！作为一个完全面向对象的语言 Java提供了类 java lang Thread 来方便多线程编程这个类提供了大量的方法来方便我们控制自己的各个线程我们以后的讨论都将围绕这个类进行 那么如何提供给 Java 我们要线程执行的代码呢？让我们来看一看 Thread 类 Thread 类最重要的方法是 run() 它为Thread 类的方法 start() 所调用提供我们的线程所要执行的代码为了指定我们自己的代码只需要覆盖它！方法一继承 Thread 类覆盖方法 run() 我们在创建的 Thread 类的子类中重写 run() 加入线程所要执行的代码即可下面是一个例子 public class MyThread extends Thread {int count= numberpublic MyThread(int num) {number = numSystem out println( 创建线程 + number)}public void run() {while(true) {System out println( 线程 + number + :计数 + count)if(++count== ) return}}public static void main(String args[]) {for(int i = i <5i++) new MyThread(i+1).start()}}这种方法简单明了，符合大家的习惯，但是，它也有一个很大的缺点，那就是如果我们的类已经从一个类继承（如小程序必须继承自 Applet 类），则无法再继承 Thread 类，这时如果我们又不想建立一个新的类，应该怎么办呢？我们不妨来探索一种新的方法：我们不创建 Thread 类的子类，而是直接使用它，那么我们只能将我们的方法作为参数传递给 Thread 类的实例，有点类似回调函数。.WINgWIT.但是 Java 没有指针，我们只能传递一个包含这个方法的类的实例。那么如何限制这个类必须包含这一方法呢？当然是使用接口！（虽然抽象类也可满足，但是需要继承，而我们之所以要采用这种新方法，不就是为了避免继承带来的限制吗？）Java 提供了接口 java.lang.Runnable 来支持这种方法。方法二：实现 Runnable 接口Runnable 接口只有一个方法 run()，我们声明自己的类实现 Runnable 接口并提供这一方法，将我们的线程代码写入其中，就完成了这一部分的任务。但是 Runnable 接口并没有任何对线程的支持，我们还必须创建 Thread 类的实例，这一点通过 Thread 类的构造函数public Thread(Runnable target)来实现。下面是一个例子：public class MyThread implements Runnable {int count= 1, numberpublic MyThread(int num) {number = numSystem.out.println("创建线程 " + number)}public void run() {while(true) {System.out.println("线程 " + number + ":计数 " + count)if(++count== 6) return} }public static void main(String args[]) {for(int i = 0i <5i++) new Thread(new MyThread(i+1)).start()}}严格地说，创建 Thread 子类的实例也是可行的，但是必须注意的是，该子类必须没有覆盖 Thread 类的 run 方法，否则该线程执行的将是子类的 run 方法，而不是我们用以实现Runnable 接口的类的 run 方法，对此大家不妨试验一下。使用 Runnable 接口来实现多线程使得我们能够在一个类中包容所有的代码，有利于封装，它的缺点在于，我们只能使用一套代码，若想创建多个线程并使各个线程执行不同的代码，则仍必须额外创建类，如果这样的话，在大多数情况下也许还不如直接用多个类分别继承 Thread 来得紧凑。综上所述，两种方法各有千秋，大家可以灵活运用。下面让我们一起来研究一下多线程使用中的一些问题。三：线程的四种状态1. 新状态：线程已被创建但尚未执行（start() 尚未被调用）。2. 可执行状态：线程可以执行，虽然不一定正在执行。CPU 时间随时可能被分配给该线程，从而使得它执行。3. 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，前者会产生异常，后者是强制终止，不会释放锁。4. 阻塞状态：线程不会被分配 CPU 时间，无法执行。四：线程的优先级 线程的优先级代表该线程的重要程度，当有多个线程同时处于可执行状态并等待获得 CPU 时间时，线程调度系统根据各个线程的优先级来决定给谁分配 CPU 时间，优先级高的线程有更大的机会获得 CPU 时间，优先级低的线程也不是没有机会，只是机会要小一些罢了。你可以调用 Thread 类的方法 getPriority() 和 setPriority()来存取线程的优先级，线程的优先级界于1(MIN_PRIORITY)和10(MAX_PRIORITY)之间，缺省是5(NORM_PRIORITY)。五：线程的同步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。由于我们可以通过 private 关键字来保证数据对象只能被方法访问，所以我们只需针对方法提出一套机制，这套机制就是 synchronized 关键字，它包括两种用法：synchronized 方法和 synchronized 块。1. synchronized 方法：通过在方法声明中加入 synchronized关键字来声明 synchronized 方法。如：public synchronized void accessVal(int newVal)synchronized 方法控制对类成员变量的访问：每个类实例对应一把锁，每个 synchronized 方法都必须获得调用该方法的类实例的锁方能执行，否则所属线程阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到从该方法返回时才将锁释放，此后被阻塞的线程方能获得该锁，重新进入可执行状态。这种机制确保了同一时刻对于每一个类实例，其所有声明为 synchronized 的成员函数中至多只有一个处于可执行状态（因为至多只有一个能够获得该类实例对应的锁），从而有效避免了类成员变量的访问冲突（只要所有可能访问类成员变量的方法均被声明为 synchronized）。在 Java 中，不光是类实例，每一个类也对应一把锁，这样我们也可将类的静态成员函数声明为 synchronized ，以控制其对类的静态成员变量的访问。synchronized 方法的缺陷：若将一个大的方法声明为synchronized 将会大大影响效率，典型地，若将线程类的方法 run() 声明为 synchronized ，由于在线程的整个生命期内它一直在运行，因此将导致它对本类任何 synchronized 方法的调用都永远不会成功。当然我们可以通过将访问类成员变量的代码放到专门的方法中，将其声明为 synchronized ，并在主方法中调用来解决这一问题，但是 Java 为我们提供了更好的解决办法，那就是 synchronized 块。2. synchronized 块：通过 synchronized关键字来声明synchronized 块。语法如下： synchronized(syncObject) {//允许访问控制的代码}synchronized 块是这样一个代码块，其中的代码必须获得对象 syncObject （如前所述，可以是类实例或类）的锁方能执行，具体机制同前所述。由于可以针对任意代码块，且可任意指定上锁的对象，故灵活性较高。六：线程的阻塞为了解决对共享存储区的访问冲突，Java 引入了同步机制，现在让我们来考察多个线程对共享资源的访问，显然同步机制已经不够了，因为在任意时刻所要求的资源不一定已经准备好了被访问，反过来，同一时刻准备好了的资源也可能不止一个。为了解决这种情况下的访问控制问题，Java 引入了对阻塞机制的支持。阻塞指的是暂停一个线程的执行以等待某个条件发生（如某资源就绪），学过操作系统的同学对它一定已经很熟悉了。Java 提供了大量方法来支持阻塞，下面让我们逐一分析。1. sleep() 方法：sleep() 允许指定以毫秒为单位的一段时间作为参数，它使得线程在指定的时间内进入阻塞状态，不能得到CPU 时间，指定的时间一过，线程重新进入可执行状态。典型地，sleep() 被用在等待某个资源就绪的情形：测试发现条件不满足后，让线程阻塞一段时间后重新测试，直到条件满足为止。2. suspend() 和 resume() 方法：两个方法配套使用，suspend()使得线程进入阻塞状态，并且不会自动恢复，必须其对应的resume() 被调用，才能使得线程重新进入可执行状态。典型地，suspend() 和 resume() 被用在等待另一个线程产生的结果的情形：测试发现结果还没有产生后，让线程阻塞，另一个线程产生了结果后 lishixinzhi/Article/program/Java/gj/201311/27622

import java.awt.FlowLayout

import java.awt.event.ActionEvent

import java.awt.event.ActionListener

import javax.swing.JButton

import javax.swing.JFrame

public class FrameTest extends JFrame {

public FrameTest() {

super("Swing 例子")

this.setSize(300, 200)

this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE)

this.setLayout(new FlowLayout())

this.add(new CounterJButton())