Java多线程程序设计初步入门

Python010

Java多线程程序设计初步入门,第1张

在Java语言产生前 传统的程序设计语言的程序同一时刻只能单任务操作 效率非常低 例如程序往往在接收数据输入时发生阻塞 只有等到程序获得数据后才能继续运行 随着Internet的迅猛发展 这种状况越来越不能让人们忍受 如果网络接收数据阻塞 后台程序就处于等待状态而不继续任何操作 而这种阻塞是经常会碰到的 此时CPU资源被白白的闲置起来 如果在后台程序中能够同时处理多个任务 该多好啊!应Internet技术而生的Java语言解决了这个问题 多线程程序是Java语言的一个很重要的特点 在一个Java程序中 我们可以同时并行运行多个相对独立的线程 例如 我们如果创建一个线程来进行数据输入输出 而创建另一个线程在后台进行其它的数据处理 如果输入输出线程在接收数据时阻塞 而处理数据的线程仍然在运行 多线程程序设计大大提高了程序执行效率和处理能力

线程的创建

我们知道Java是面向对象的程序语言 用Java进行程序设计就是设计和使用类 Java为我们提供了线程类Thread来创建线程 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 下面是一个创建启动一个线程的语句

Thread thread =new Thread()file://声明一个对象实例 即创建一个线程

Thread run()file://用Thread类中的run()方法启动线程

从这个例子 我们可以通过Thread()构造方法创建一个线程 并启动该线程 事实上 启动线程 也就是启动线程的run()方法 而Thread类中的run()方法没有任何操作语句 所以这个线程没有任何操作 要使线程实现预定功能 必须定义自己的run()方法 Java中通常有两种方式定义run()方法

通过定义一个Thread类的子类 在该子类中重写run()方法 Thread子类的实例对象就是一个线程 显然 该线程有我们自己设计的线程体run()方法 启动线程就启动了子类中重写的run()方法

通过Runnable接口 在该接口中定义run()方法的接口 所谓接口跟类非常类似 主要用来实现特殊功能 如复杂关系的多重继承功能 在此 我们定义一个实现Runnable() 接口的类 在该类中定义自己的run()方法 然后以该类的实例对象为参数调用Thread类的构造方法来创建一个线程

线程被实际创建后处于待命状态 激活(启动)线程就是启动线程的run()方法 这是通过调用线程的start()方法来实现的

下面一个例子实践了如何通过上述两种方法创建线程并启动它们

// 通过Thread类的子类创建的线程   class thread extends Thread { file://自定义线程的run()方法   public void run() {   System out println( Thread is running… )}   }   file://通过Runnable接口创建的另外一个线程 class thread implements Runnable   { file://自定义线程的run()方法 public void run() {   System out println( Thread is running… )}   }   file://程序的主类   class Multi_Thread file://声明主类 {   plubic static void mail(String args[]) file://声明主方法 {   thread threadone=new thread ()file://用Thread类的子类创建线程   Thread threado=new Thread(new thread ())file://用Runnable接口类的对象创建线程   threadone start()threado start()file://strat()方法启动线程 }   }

运行该程序就可以看出 线程threadone和threado交替占用CPU 处于并行运行状态 可以看出 启动线程的run()方法是通过调用线程的start()方法来实现的(见上例中主类) 调用start()方法启动线程的run()方法不同于一般的调用方法 调用一般方法时 必须等到一般方法执行完毕才能够返回start()方法 而启动线程的run()方法后 start()告诉系统该线程准备就绪可以启动run()方法后 就返回start()方法执行调用start()方法语句下面的语句 这时run()方法可能还在运行 这样 线程的启动和运行并行进行 实现了多任务操作

线程的优先级

对于多线程程序 每个线程的重要程度是不尽相同 如多个线程在等待获得CPU时间时 往往我们需要优先级高的线程优先抢占到CPU时间得以执行 又如多个线程交替执行时 优先级决定了级别高的线程得到CPU的次数多一些且时间多长一些 这样 高优先级的线程处理的任务效率就高一些

Java中线程的优先级从低到高以整数 ~ 表示 共分为 级 设置优先级是通过调用线程对象的setPriority()方法 如上例中 设置优先级的语句为

thread threadone=new thread ()file://用Thread类的子类创建线程

Thread threado=new Thread(new thread ())file://用Runnable接口类的对象创建线程

threadone setPriority( )file://设置threadone的优先级

threado setPriority( )file://设置threado的优先级

threadone start()threado start()file://strat()方法启动线程

这样 线程threadone将会优先于线程threado执行 并将占有更多的CPU时间 该例中 优先级设置放在线程启动前 也可以在启动后进行设置 以满足不同的优先级需求

线程的(同步)控制

一个Java程序的多线程之间可以共享数据 当线程以异步方式访问共享数据时 有时候是不安全的或者不和逻辑的 比如 同一时刻一个线程在读取数据 另外一个线程在处理数据 当处理数据的线程没有等到读取数据的线程读取完毕就去处理数据 必然得到错误的处理结果 这和我们前面提到的读取数据和处理数据并行多任务并不矛盾 这儿指的是处理数据的线程不能处理当前还没有读取结束的数据 但是可以处理其它的数据

如果我们采用多线程同步控制机制 等到第一个线程读取完数据 第二个线程才能处理该数据 就会避免错误 可见 线程同步是多线程编程的一个相当重要的技术

在讲线程的同步控制前我们需要交代如下概念

用Java关键字synchonized同步对共享数据操作的方法

在一个对象中 用synchonized声明的方法为同步方法 Java中有一个同步模型 监视器 负责管理线程对对象中的同步方法的访问 它的原理是 赋予该对象唯一一把 钥匙 当多个线程进入对象 只有取得该对象钥匙的线程才可以访问同步方法 其它线程在该对象中等待 直到该线程用wait()方法放弃这把钥匙 其它等待的线程抢占该钥匙 抢占到钥匙的线程后才可得以执行 而没有取得钥匙的线程仍被阻塞在该对象中等待

file://声明同步的一种方式 将方法声明同步

class store  {public synchonized void store_in(){… }public synchonized void store_out(){  … }}

  利用wait() notify()及notifyAll()方法发送消息实现线程间的相互联系

Java程序中多个线程通过消息来实现互动联系的 这几种方法实现了线程间的消息发送 例如定义一个对象的synchonized 方法 同一时刻只能够有一个线程访问该对象中的同步方法 其它线程被阻塞 通常可以用notify()或notifyAll()方法唤醒其它一个或所有线程 而使用wait()方法来使该线程处于阻塞状态 等待其它的线程用notify()唤醒

一个实际的例子就是生产和销售 生产单元将产品生产出来放在仓库中 销售单元则从仓库中提走产品 在这个过程中 销售单元必须在仓库中有产品时才能提货 如果仓库中没有产品 则销售单元必须等待

程序中 假如我们定义一个仓库类store 该类的实例对象就相当于仓库 在store类中定义两个成员方法 store_in() 用来模拟产品制造者往仓库中添加产品 strore_out()方法则用来模拟销售者从仓库中取走产品 然后定义两个线程类 customer类 其中的run()方法通过调用仓库类中的store_out()从仓库中取走产品 模拟销售者 另外一个线程类producer中的run()方法通过调用仓库类中的store_in()方法向仓库添加产品 模拟产品制造者 在主类中创建并启动线程 实现向仓库中添加产品或取走产品

如果仓库类中的store_in() 和store_out()方法不声明同步 这就是个一般的多线程 我们知道 一个程序中的多线程是交替执行的 运行也是无序的 这样 就可能存在这样的问题

仓库中没有产品了 销售者还在不断光顾 而且还不停的在 取 产品 这在现实中是不可思义的 在程序中就表现为负值 如果将仓库类中的stroe_in()和store_out()方法声明同步 如上例所示 就控制了同一时刻只能有一个线程访问仓库对象中的同步方法 即一个生产类线程访问被声明为同步的store_in()方法时 其它线程将不能够访问对象中的store_out()同步方法 当然也不能访问store_in()方法 必须等到该线程调用wait()方法放弃钥匙 其它线程才有机会访问同步方法

lishixinzhi/Article/program/Java/gj/201311/27301

在java中要想实现多线程,有两种手段,一种是继续Thread类,另外一种是实现Runable接口。

对于直接继承Thread的类来说,代码大致框架是:

?

123456789101112class 类名 extends Thread{ 方法1方法2; … public void run(){ // other code… } 属性1; 属性2; … }

先看一个简单的例子:

?

12345678910111213141516171819202122232425262728/** * @author Rollen-Holt 继承Thread类,直接调用run方法 * */class hello extends Thread { public hello() { } public hello(String name) { this.name = name} public void run() { for (int i = 0i <5i++) { System.out.println(name + "运行 " + i)} } public static void main(String[] args) { hello h1=new hello("A")hello h2=new hello("B")h1.run()h2.run()} private String name}

【运行结果】:

A运行 0

A运行 1

A运行 2

A运行 3

A运行 4

B运行 0

B运行 1

B运行 2

B运行 3

B运行 4

我们会发现这些都是顺序执行的,说明我们的调用方法不对,应该调用的是start()方法。

当我们把上面的主函数修改为如下所示的时候:

?

123456public static void main(String[] args) { hello h1=new hello("A")hello h2=new hello("B")h1.start()h2.start()}

然后运行程序,输出的可能的结果如下:

A运行 0

B运行 0

B运行 1

B运行 2

B运行 3

B运行 4

A运行 1

A运行 2

A运行 3

A运行 4

因为需要用到CPU的资源,所以每次的运行结果基本是都不一样的,呵呵。

注意:虽然我们在这里调用的是start()方法,但是实际上调用的还是run()方法的主体。

那么:为什么我们不能直接调用run()方法呢?

我的理解是:线程的运行需要本地操作系统的支持。

如果你查看start的源代码的时候,会发现:

?

1234567891011121314151617public synchronized void start() { /** * This method is not invoked for the main method thread or "system" * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added * to this method in the future may have to also be added to the VM. * * A zero status value corresponds to state "NEW". */if (threadStatus != 0 || this != me) throw new IllegalThreadStateException()group.add(this)start0()if (stopBeforeStart) { stop0(throwableFromStop)} } private native void start0()

注意我用红色加粗的那一条语句,说明此处调用的是start0()。并且这个这个方法用了native关键字,次关键字表示调用本地操作系统的函数。因为多线程的实现需要本地操作系统的支持。

但是start方法重复调用的话,会出现java.lang.IllegalThreadStateException异常。

通过实现Runnable接口:

大致框架是:

?

123456789101112class 类名 implements Runnable{ 方法1方法2; … public void run(){ // other code… } 属性1; 属性2; … }

来先看一个小例子吧:

?

123456789101112131415161718192021222324252627282930/** * @author Rollen-Holt 实现Runnable接口 * */class hello implements Runnable { public hello() { } public hello(String name) { this.name = name} public void run() { for (int i = 0i <5i++) { System.out.println(name + "运行 " + i)} } public static void main(String[] args) { hello h1=new hello("线程A")Thread demo= new Thread(h1)hello h2=new hello("线程B")Thread demo1=new Thread(h2)demo.start()demo1.start()} private String name}

【可能的运行结果】:

线程A运行 0

线程B运行 0

线程B运行 1

线程B运行 2

线程B运行 3

线程B运行 4

线程A运行 1

线程A运行 2

线程A运行 3

线程A运行 4

关于选择继承Thread还是实现Runnable接口?

其实Thread也是实现Runnable接口的:

?

12345678class Thread implements Runnable { //… public void run() { if (target != null) { target.run()} } }

其实Thread中的run方法调用的是Runnable接口的run方法。不知道大家发现没有,Thread和Runnable都实现了run方法,这种操作模式其实就是代理模式。关于代理模式,我曾经写过一个小例子呵呵,大家有兴趣的话可以看一下:http://www.cnblogs.com/rollenholt/archive/2011/08/18/2144847.html

Thread和Runnable的区别:

如果一个类继承Thread,则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话,则很容易的实现资源共享。

?

1234567891011121314151617181920212223/** * @author Rollen-Holt 继承Thread类,不能资源共享 * */class hello extends Thread { public void run() { for (int i = 0i <7i++) { if (count >0) { System.out.println("count= " + count--)} } } public static void main(String[] args) { hello h1 = new hello()hello h2 = new hello()hello h3 = new hello()h1.start()h2.start()h3.start()} private int count = 5}

【运行结果】:

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

大家可以想象,如果这个是一个买票系统的话,如果count表示的是车票的数量的话,说明并没有实现资源的共享。

我们换为Runnable接口:

?

12345678910111213141516171819/** * @author Rollen-Holt 继承Thread类,不能资源共享 * */class hello implements Runnable { public void run() { for (int i = 0i <7i++) { if (count >0) { System.out.println("count= " + count--)} } } public static void main(String[] args) { hello he=new hello()new Thread(he).start()} private int count = 5}

【运行结果】:

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

总结一下吧:

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势:

1):适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源

2):可以避免java中的单继承的限制

3):增加程序的健壮性,代码可以被多个线程共享,代码和数据独立。

所以,本人建议大家劲量实现接口。

?

Java多线程的创建及启动

Java中线程的创建常见有如三种基本形式

1.继承Thread类,重写该类的run()方法。

复制代码

1 class MyThread extends Thread {

2  

3     private int i = 0

4

5     @Override

6     public void run() {

7         for (i = 0i <100i++) {

8             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i)

9         }

10     }

11 }

复制代码

复制代码

1 public class ThreadTest {

2

3     public static void main(String[] args) {

4         for (int i = 0i <100i++) {

5             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i)

6             if (i == 30) {

7                 Thread myThread1 = new MyThread()    // 创建一个新的线程  myThread1  此线程进入新建状态

8                 Thread myThread2 = new MyThread()    // 创建一个新的线程 myThread2 此线程进入新建状态

9                 myThread1.start()                    // 调用start()方法使得线程进入就绪状态

10                 myThread2.start()                    // 调用start()方法使得线程进入就绪状态

11             }

12         }

13     }

14 }

复制代码

如上所示,继承Thread类,通过重写run()方法定义了一个新的线程类MyThread,其中run()方法的方法体代表了线程需要完成的任务,称之为线程执行体。当创建此线程类对象时一个新的线程得以创建,并进入到线程新建状态。通过调用线程对象引用的start()方法,使得该线程进入到就绪状态,此时此线程并不一定会马上得以执行,这取决于CPU调度时机。

2.实现Runnable接口,并重写该接口的run()方法,该run()方法同样是线程执行体,创建Runnable实现类的实例,并以此实例作为Thread类的target来创建Thread对象,该Thread对象才是真正的线程对象。

复制代码

1 class MyRunnable implements Runnable {

2     private int i = 0

3

4     @Override

5     public void run() {

6         for (i = 0i <100i++) {

7             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i)

8         }

9     }

10 }

复制代码

复制代码

1 public class ThreadTest {

2

3     public static void main(String[] args) {

4         for (int i = 0i <100i++) {

5             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i)

6             if (i == 30) {

7                 Runnable myRunnable = new MyRunnable()// 创建一个Runnable实现类的对象

8                 Thread thread1 = new Thread(myRunnable)// 将myRunnable作为Thread target创建新的线程

9                 Thread thread2 = new Thread(myRunnable)

10                 thread1.start()// 调用start()方法使得线程进入就绪状态

11                 thread2.start()

12             }

13         }

14     }

15 }

复制代码

相信以上两种创建新线程的方式大家都很熟悉了,那么Thread和Runnable之间到底是什么关系呢?我们首先来看一下下面这个例子。

复制代码

1 public class ThreadTest {

2

3     public static void main(String[] args) {

4         for (int i = 0i <100i++) {

5             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i)

6             if (i == 30) {

7                 Runnable myRunnable = new MyRunnable()

8                 Thread thread = new MyThread(myRunnable)

9                 thread.start()

10             }

11         }

12     }

13 }

14

15 class MyRunnable implements Runnable {

16     private int i = 0

17

18     @Override

19     public void run() {

20         System.out.println("in MyRunnable run")

21         for (i = 0i <100i++) {

22             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i)

23         }

24     }

25 }

26

27 class MyThread extends Thread {

28

29     private int i = 0

30  

31     public MyThread(Runnable runnable){

32         super(runnable)

33     }

34

35     @Override

36     public void run() {

37         System.out.println("in MyThread run")

38         for (i = 0i <100i++) {

39             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i)

40         }

41     }

42 }

复制代码

同样的,与实现Runnable接口创建线程方式相似,不同的地方在于

1 Thread thread = new MyThread(myRunnable)

那么这种方式可以顺利创建出一个新的线程么?答案是肯定的。至于此时的线程执行体到底是MyRunnable接口中的run()方法还是MyThread类中的run()方法呢?通过输出我们知道线程执行体是MyThread类中的run()方法。其实原因很简单,因为Thread类本身也是实现了Runnable接口,而run()方法最先是在Runnable接口中定义的方法。

1 public interface Runnable {

2  

3     public abstract void run()

4  

5 }

我们看一下Thread类中对Runnable接口中run()方法的实现:

复制代码

@Override

public void run() {

if (target != null) {

target.run()

}

}

复制代码

也就是说,当执行到Thread类中的run()方法时,会首先判断target是否存在,存在则执行target中的run()方法,也就是实现了Runnable接口并重写了run()方法的类中的run()方法。但是上述给到的列子中,由于多态的存在,根本就没有执行到Thread类中的run()方法,而是直接先执行了运行时类型即MyThread类中的run()方法。

3.使用Callable和Future接口创建线程。具体是创建Callable接口的实现类,并实现clall()方法。并使用FutureTask类来包装Callable实现类的对象,且以此FutureTask对象作为Thread对象的target来创建线程。

看着好像有点复杂,直接来看一个例子就清晰了。

复制代码

1 public class ThreadTest {

2

3     public static void main(String[] args) {

4

5         Callable<Integer>myCallable = new MyCallable()   // 创建MyCallable对象

6         FutureTask<Integer>ft = new FutureTask<Integer>(myCallable)//使用FutureTask来包装MyCallable对象

7

8         for (int i = 0i <100i++) {

9             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i)

10             if (i == 30) {

11                 Thread thread = new Thread(ft)  //FutureTask对象作为Thread对象的target创建新的线程

12                 thread.start()                     //线程进入到就绪状态

13             }

14         }

15

16         System.out.println("主线程for循环执行完毕..")

17      

18         try {

19             int sum = ft.get()           //取得新创建的新线程中的call()方法返回的结果

20             System.out.println("sum = " + sum)

21         } catch (InterruptedException e) {

22             e.printStackTrace()

23         } catch (ExecutionException e) {

24             e.printStackTrace()

25         }

26

27     }

28 }

29

30

31 class MyCallable implements Callable<Integer>{

32     private int i = 0

33

34     // 与run()方法不同的是,call()方法具有返回值

35     @Override

36     public Integer call() {

37         int sum = 0

38         for (i <100i++) {

39             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i)

40             sum += i

41         }

42         return sum

43     }

44

45 }

复制代码

首先,我们发现,在实现Callable接口中,此时不再是run()方法了,而是call()方法,此call()方法作为线程执行体,同时还具有返回值!在创建新的线程时,是通过FutureTask来包装MyCallable对象,同时作为了Thread对象的target。那么看下FutureTask类的定义:

1 public class FutureTask<V>implements RunnableFuture<V>{

2  

3     //....

4  

5 }

1 public interface RunnableFuture<V>extends Runnable, Future<V>{

2  

3     void run()

4  

5 }

于是,我们发现FutureTask类实际上是同时实现了Runnable和Future接口,由此才使得其具有Future和Runnable双重特性。通过Runnable特性,可以作为Thread对象的target,而Future特性,使得其可以取得新创建线程中的call()方法的返回值。

执行下此程序,我们发现sum = 4950永远都是最后输出的。而“主线程for循环执行完毕..”则很可能是在子线程循环中间输出。由CPU的线程调度机制,我们知道,“主线程for循环执行完毕..”的输出时机是没有任何问题的,那么为什么sum =4950会永远最后输出呢?

原因在于通过ft.get()方法获取子线程call()方法的返回值时,当子线程此方法还未执行完毕,ft.get()方法会一直阻塞,直到call()方法执行完毕才能取到返回值。

上述主要讲解了三种常见的线程创建方式,对于线程的启动而言,都是调用线程对象的start()方法,需要特别注意的是:不能对同一线程对象两次调用start()方法。

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