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Java多線程編程

2013-11-23 19:53:15  來源: Java高級技術 

  作者natrium
  
  一理解多線程
  多線程是這樣一種機制它允許在程序中並發執行多個指令流每個指令流都稱為一個線程彼此間互相獨立 線程又稱為輕量級進程它和進程一樣擁有獨立的執行控制由操作系統負責調度區別在於線程沒有獨立的存儲空間而是和所屬進程中的其它線程共享一個存儲空間這使得線程間的通信遠較進程簡單
  多個線程的執行是並發的也就是在邏輯上同時而不管是否是物理上的同時如果系統只有一個CPU那麼真正的同時是不可能的但是由於CPU的速度非常快用戶感覺不到其中的區別因此我們也不用關心它只需要設想各個線程是同時執行即可
  多線程和傳統的單線程在程序設計上最大的區別在於由於各個線程的控制流彼此獨立使得各個線程之間的代碼是亂序執行的由此帶來的線程調度同步等問題將在以後探討
  
  二在Java中實現多線程
  我們不妨設想為了創建一個新的線程我們需要做些什麼?很顯然我們必須指明這個線程所要執行的代碼而這就是在Java中實現多線程我們所需要做的一切!
  真是神奇!Java是如何做到這一點的?通過類!作為一個完全面向對象的語言Java提供了類 javalangThread 來方便多線程編程這個類提供了大量的方法來方便我們控制自己的各個線程我們以後的討論都將圍繞這個類進行
  那麼如何提供給 Java 我們要線程執行的代碼呢?讓我們來看一看 Thread 類Thread 類最重要的方法是 run() 它為Thread 類的方法 start() 所調用提供我們的線程所要執行的代碼為了指定我們自己的代碼只需要覆蓋它!
  方法一繼承 Thread 類覆蓋方法 run()我們在創建的 Thread 類的子類中重寫 run() 加入線程所要執行的代碼即可下面是一個例子
  public class MyThread extends Thread {
  int count= number;
  public MyThread(int num) {
  number = num;
  Systemoutprintln(創建線程 + number);
  }
  public void run() {
  while(true) {
  Systemoutprintln(線程 + number + :計數 + count);
  if(++count== ) return;
  }
  }
  public static void main(String args[]) {
  for(int i = ; i < 5; i++) new MyThread(i+1).start();
  }
  }
  這種方法簡單明了,符合大家的習慣,但是,它也有一個很大的缺點,那就是如果我們的類已經從一個類繼承(如小程序必須繼承自 Applet 類),則無法再繼承 Thread 類,這時如果我們又不想建立一個新的類,應該怎麼辦呢?
  我們不妨來探索一種新的方法:我們不創建 Thread 類的子類,而是直接使用它,那麼我們只能將我們的方法作為參數傳遞給 Thread 類的實例,有點類似回調函數。tw.WINgWIT.COM但是 Java 沒有指針,我們只能傳遞一個包含這個方法的類的實例。那麼如何限制這個類必須包含這一方法呢?當然是使用接口!(雖然抽象類也可滿足,但是需要繼承,而我們之所以要采用這種新方法,不就是為了避免繼承帶來的限制嗎?)
  Java 提供了接口 java.lang.Runnable 來支持這種方法。
  方法二:實現 Runnable 接口
  Runnable 接口只有一個方法 run(),我們聲明自己的類實現 Runnable 接口並提供這一方法,將我們的線程代碼寫入其中,就完成了這一部分的任務。但是 Runnable 接口並沒有任何對線程的支持,我們還必須創建 Thread 類的實例,這一點通過 Thread 類的構造函數public Thread(Runnable target);來實現。下面是一個例子:
  public class MyThread implements Runnable {
  int count= 1, number;
  public MyThread(int num) {
  number = num;
  System.out.println("創建線程 " + number);
  }
  public void run() {
  while(true) {
  System.out.println("線程 " + number + ":計數 " + count);
  if(++count== 6) return;
  }
  }
  public static void main(String args[]) {
  for(int i = 0; i < 5; i++) new Thread(new MyThread(i+1)).start();
  }
  }
  嚴格地說,創建 Thread 子類的實例也是可行的,但是必須注意的是,該子類必須沒有覆蓋 Thread 類的 run 方法,否則該線程執行的將是子類的 run 方法,而不是我
  們用以實現Runnable 接口的類的 run 方法,對此大家不妨試驗一下。
  使用 Runnable 接口來實現多線程使得我們能夠在一個類中包容所有的代碼,有利於封裝,它的缺點在於,我們只能使用一套代碼,若想創建多個線程並使各個線程執行不同的代碼,則仍必須額外創建類,如果這樣的話,在大多數情況下也許還不如直接用多個類分別繼承 Thread 來得緊湊。
  綜上所述,兩種方法各有千秋,大家可以靈活運用。
  下面讓我們一起來研究一下多線程使用中的一些問題。
  
  三:線程的四種狀態
  1. 新狀態:線程已被創建但尚未執行(start() 尚未被調用)。
  2. 可執行狀態:線程可以執行,雖然不一定正在執行。CPU 時間隨時可能被分配給該線程,從而使得它執行。
  3. 死亡狀態:正常情況下 run() 返回使得線程死亡。調用 stop()或 destroy() 亦有同樣效果,但是不被推薦,前者會產生異常,後者是強制終止,不會釋放鎖。
  4. 阻塞狀態:線程不會被分配 CPU 時間,無法執行。
  
  四:線程的優先級
  線程的優先級代表該線程的重要程度,當有多個線程同時處於可執行狀態並等待獲得 CPU 時間時,線程調度系統根據各個線程的優先級來決定給誰分配 CPU 時間,優先級高的線程有更大的機會獲得 CPU 時間,優先級低的線程也不是沒有機會,只是機會要小一些罷了。
  你可以調用 Thread 類的方法 getPriority() 和 setPriority()來存取線程的優先級,線程的優先級界於1(MIN_PRIORITY)和10(MAX_PRIORITY)之間,缺省是5(NORM_PRIORITY)。
  
  五:線程的同步
  由於同一進程的多個線程共享同一片存儲空間,在帶來方便的同時,也帶來了訪問沖突這個嚴重的問題。Java語言提供了專門機制以解決這種沖突,有效避免了同一個數據對象被多個線程同時訪問。
  由於我們可以通過 private 關鍵字來保證數據對象只能被方法訪問,所以我們只需針對方法提出一套機制,這套機制就是 synchronized 關鍵字,它包括兩種用法:synchronized 方法和 synchronized 塊。
  1. synchronized 方法:通過在方法聲明中加入 synchronized關鍵字來聲明 synchronized 方法。如:
  public synchronized void accessVal(int newVal);
  synchronized 方法控制對類成員變量的訪問:每個類實例對應一把鎖,每個 synchronized 方法都必須獲得調用該方法的類實例的鎖方能執行,否則所屬線程阻塞,方法一旦執行,就獨占該鎖,直到從該方法返回時才將鎖釋放,此後被阻塞的線程方能獲得該鎖,重新進入可執行狀態。這種機制確保了同一時刻對於每一個類實例,其所有聲明為 synchronized 的成員函數中至多只有一個處於可執行狀態(因為至多只有一個能夠獲得該類實例對應的鎖),從而有效避免了類成員變量的訪問沖突(只要所有可能訪問類成員變量的方法均被聲明為 synchronized)。
  在 Java 中,不光是類實例,每一個類也對應一把鎖,這樣我們也可將類的靜態成員函數聲明為 synchronized ,以控制其對類的靜態成員變量的訪問。
  synchronized 方法的缺陷:若將一個大的方法聲明為synchronized 將會大大影響效率,典型地,若將線程類的方法 run() 聲明為 synchronized ,由於在線程的整個生命期內它一直在運行,因此將導致它對本類任何 synchronized 方法的調用都永遠不會成功。當然我們可以通過將訪問類成員變量的代碼放到專門的方法中,將其聲明為 synchronized ,並在主方法中調用來解決這一問題,但是 Java 為我們提供了更好的解決辦法,那就是 synchronized 塊。
  2. synchronized 塊:通過 synchronized關鍵字來聲明synchronized 塊。語法如下:
  synchronized(syncObject) {
  //允許訪問控制的代碼
  }
  synchronized 塊是這樣一個代碼塊,其中的代碼必須獲得對象 syncObject (如前所述,可以是類實例或類)的鎖方能執行,具體機制同前所述。由於可以針對任意代碼塊,且可任意指定上鎖的對象,故靈活性較高。
  
  六:線程的阻塞
  為了解決對共享存儲區的訪問沖突,Java 引入了同步機制,現在讓我們來考察多個線程對共享資源的訪問,顯然同步機制已經不夠了,因為在任意時刻所要求的資源不一定已經准備好了被訪問,反過來,同一時刻准備好了的資源也可能不止一個。為了解決這種情況下的訪問控制問題,Java 引入了對阻塞機制的支持。
  阻塞指的是暫停一個線程的執行以等待某個條件發生(如某資源就緒),學過操作系統的同學對它一定已經很熟悉了。Java 提供了大量方法來支持阻塞,下面讓我們逐一分析。
  1. sleep() 方法:sleep() 允許 指定以毫秒為單位的一段時間作為參數,它使得線程在指定的時間內進入阻塞狀態,不能得到CPU 時間,指定的時間一過,線程重新進入可執行狀態。
  典型地,sleep() 被用在等待某個資源就緒的情形:測試發現條件不滿足後,讓線程阻塞一段時間後重新測試,直到條件滿足為止。
  2. suspend() 和 resume() 方法:兩個方法配套使用,suspend()使得線程進入阻塞狀態,並且不會自動恢復,必須其對應的resume() 被調用,才能使得線程重新進入可執行狀態。典型地,suspend() 和 resume() 被用在等待另一個線程產生的結果的情形:測試發現結果還沒有產生後,讓線程阻塞,另一個線程產生了結果後
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