B09多线程-1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,9,章 多线程,9.1 多线程的概念,9.2 线程类,9.3 资源的协调与同步,9.4 线程间通信,9.1,多线程的概念,程序是一段静态的代码，它是应用软件执行的蓝本。进程就是程序的运行时的一个实例。,线程可以看作单独地占有CPU时间来执行相应的代码的。,线程是共享地址空间的，也就是说多线程可以同时读取相同的地址空间，并且利用这个空间进行交换数据。,9.1,多线程的概念,多线程具有以下特点：,（,1,）多个线程在运行时，系统自动在线程之间进行切换；,（,2,）由于多个线程共存于同一块内存，线程之间的通信非常容易；,（,3,）,Java,将线程视为一个对象。线程要么是,Thread,类的对象，要么是接口,Runnable,的对象。,（,4,）当多个线程并行执行时，具有较高优先级的线程将获得较多的,CPU,时间片；,（,5,）优先级是从,0,到,10,的整数，并且它仅表示线程之间的相对关系；,（,6,）多个线程共享一组资源，有可能在运行时产生冲突。必须采用,synchronized,关键字协调资源，实现线程同步。,9.2,线程类,9.2.1 多线程编程中常用的常量和方法,9.2.2 线程的生命周期,9.2.3 创建多线程的方法,9.2.1,多线程编程中常用的常量和方法,Thread,类包含的常量有：,1.,public static final int MAX_PRIORITY,：最大优先级，值是,10,。,2.,public static final int MIN_PRIORITY,：最小优先级，值是,1,。,3.,public static final int NORM_PRIORITY,：缺省优先级，值是,5,。,9.2.1,多线程编程中常用的常量和方法,常用方法：,currentThread()：,返回当前运行的线程对象，是一个静态的方法。,sleep(int n),：使当前运行的线程睡n个毫秒，然后继续执行，也是静态方法。,yield(),：使当前运行的线程放弃执行，切换到其它线程，是一个静态方法。,isAlive(),：判断线程是否处于执行的状态，返回值true表示处于运行状态，false表示已停止。,start(),：使调用该方法的线程开始执行。,run(),：该方法由start()方法自动调用。,9.2.1,多线程编程中常用的常量和方法,常用方法：,stop(),：使线程停止执行，并退出可执行状态。,suspend()：,使线程暂停执行，不退出可执行态。,resume(),：将暂停的线程继续执行。,setName(String s),：赋予线程一个名字。,getName(),：获得调用线程的名字。,getPriority(),：获得调用线程的优先级。,setPriority(int p),：设置线程的优先级。,join(),：等待线程死亡，若中断了该线程，将抛出异常。,【,实例,8-1】,class,getThreadInfo,public static void,main(String,args,),Thread,curr,;,int,num=7;,curr,=,Thread.currentThread,();,curr.setPriority(num,);,(,当前线程：,+,curr,);,(,线程名：,+,curr.getName,();,(,优先级：,+,curr.getPriority,();,程序输出结果：,当前线程：,Threadmain,，,7,，,main,线程名：,main,优先级：,7,9.2.2,线程的生命周期,Java,支持一种“抢占式”（,preemptive),调度方式,“Newborn”,（新建）状态,：,线程在己被创建但未执行这段时间内，处于一个特殊的,Newborn,状态，这时，线程对象己被分配内存空间，其私有数据己被初始化，但该线程还未被调度。此时线程对象可通过,start,（）方法调度，或者利用,stop,（）方法杀死,.,新创建的线程一旦被调度，就将切换到,Runnable,状态。,9.2.2,线程的生命周期,Runnable（就绪）状态,：,表示线程正等待处理器资源，随时可被调用执行。处于就绪状态的线程事实上己被调度，也就是说，它们己经被放到某一队列等待执行。处于就绪状态的线程何时可真正执行，取决于线程优先级以及队列的当前状况。线程的优先级如果相同，将遵循先来先服务的调度原则。,9.2.2,线程的生命周期,“Running”,（运行）状态,：,表明线程正在运行，该线己经拥有了对处理器的控制权，其代码目前正在运行。这个线程将一直运行直到运行完毕，除非运行过程的控制权被一优先级更高的线程强占。,9.2.2,线程的生命周期,“Blocked”,（堵塞）状态,：,一个线程如果处于,Blocked,（堵塞）状态，那么暂时这个线程将无法进入就绪队列。处于堵塞状态的线程通常必须由某些事件才能唤醒。至于是何种事件，则取决于堵塞发生的原因：处于睡眠中的线程必须被堵塞一段固定的时间,;,被挂起、或处于消息等待状态的线程则必须由一外来事件唤醒。,“Dead”,（死亡）状态,：,Dead,表示线程巳退出运行状态，并且不再进入就绪队列。其中原因可能是线程巳执行完毕（正常结束），也可能是该线程被另一线程所强行中断（,kill,）。,图,8-1,线程生命周期示意图,start,创建,就绪,运行,挂起,睡眠,阻塞,结束,等待,时间片结束,分配时间片,睡眠时,间结束,notify,notify All,sleep,wait,stop,I/O,请求,suspend,resume,I/O,请求结束,9.2.3,创建多线程的方法,Java,中编程实现多线程应有两种途径,一种是创建,Thread,线程的子类,实现一个接口,Runnable,无论是哪种途径最终都需要使用,Thread,类及其方法。,9.2.3,创建多线程的方法,1,通过继承,Thread,类实现多线程,（,1,）定义,Thread,类的一个子类。,（,2,）定义子类中的方法,run(),，覆盖父类中的方法,run(),。,（,3,）创建该子类的一个线程对象。,（,4,）通过,start(),方法启动线程。,【,实例,8-2】,class,myThread,extends Thread,int,sleeptime,;,public,myThread(String,id)/,构造函数,super(id,);,sleeptime,=(,int)(Math.random,()*100);,System.out.println(The,Thread Name=+,getName,()+,，,Sleeping,：,+,sleeptime,);,public void run(),try /,通过线程睡眠模拟程序的执行,Thread.sleep(sleeptime,);,catch(InterruptedException,e),System.err.println(Exception,：,+,e.toString,();,System.out.println(The,running Thread=+,getName,();,【,实例,8-2】,public class,fourThreads,public static void,main(String,args,),myThread,t1,，,t2,，,t3,，,t4;,t1=new,myThread(Thread,1);,t2=new,myThread(Thread,2);,t3=new,myThread(Thread,3);,t4=new,myThread(Thread,4);,t1.start();t2.start();,t3.start();t4.start();,【,实例,8-2】,程序某次的运行结果：,he Thread Name=Thread 1,，,Sleeping,：,6,The Thread Name=Thread 2,，,Sleeping,：,49,The Thread Name=Thread 3,，,Sleeping,：,19,The Thread Name=Thread 4,，,Sleeping,：,69,The running Thread=Thread 1,The running Thread=Thread 3,The running Thread=Thread 2,The running Thread=Thread 4,注意：,Thread,类中的,run(),方法具有,public,属性，覆盖该方法时，前面必须带上,public,。,9.2.3,创建多线程的方法,2,通过实现,Runnable,接口实现多线程,（,1,）定义一个实现,Runnable,接口的类。,（,2,）定义方法,run(),。,Runnable,接口中有一个空的方法,run(),，实现它的类必须覆盖此方法。,（,3,）创建该类的一个线程对象，并将该对象作参数，传递给,Thread,类的构造函数，从而生成,Thread,类的一个对象。,（,4,）通过,start(),方法启动线程。,【,实例,8-3】,class,myThread,implements,Runnable,int,count=1,，,number;,public,myThread(int,num),number=num;,(,创建线程：,+number);,public void run(),while(true,),(,线程,+number+,：计数,+count);,if(+count,=6)return;,public class,runnableThreads,public static void,main(String,args,),for(int,i=0;i5;i+)new,Thread(new,myThread(i+1).start();,【,实例,8-3】,程序运行某次的输出结果：,创建线程：,1,创建线程：,2,线程,1,：计数,1,线程,1,：计数,2,线程,1,：计数,3,线程,2,：计数,1,线程,2,：计数,2,线程,2,：计数,3,创建线程：,3,线程,3,：计数,1,线程,3,：计数,2,线程,3,：计数,3,值得指出的是同一个实现了,Runnable,接口的对象作为参数产生的所有,Thread,对象是同一对象下的线程。,9.2.3,创建多线程的方法,3两种方法的简单比较,使用Thread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。,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。,9.3,资源的协调与同步,9.3.1 线程调度模型,9.3.2 资源冲突,9.3.3 同步方法,9.3.1,线程调度模型,当计算机中只有一个,CPU,时，同一时刻正在运行的线程只能有一个，当一个新的线程通过,new(),创建并通过,start(),方法启动后，线程只是进入就绪状态，是否能运行要看调度的结果。,线程调度程序挑选线程时，将选择处于就绪状态且优先级最高的线程。优先级别主要分高、中、低三个级别，分别代表的数字是,10,、,5,、,1,。最小优先级的常量是,MIN_PRIORITY,，普通的优先级的常量是,NORM_PRIORITY,，最高的优先级的常量是,MAX_PRIORITY,。一般主线程的优先级是普通。另外可以通过,Thread,类的,setPriority,（,int a,）方法来修改系统自动设置的线程优先级。,如果多个线程具有相同的优先级，它们将被轮流调度。,图,8-1,线程优先级调度示意图,新建线程,y,就绪线程,O,的等锁池,优先级多列,正在运行线程,x,y.start(),执行到,synchronized(O),标记不存在则进入,O,等锁池,O,标记返还了,线程可运行,按优先级排队,高优先级占先优先级,【,实例,8-5】,验证了,Java,对多线程的调度方法。,class,myThread,extends Thread,myThread(String,str,),super(str,);,public void run(),tryThread.sleep(2);,catch(InterruptedException,e),System.err.println(e.toString,();,System.out.println(the,Thread Name=+,getName,()+,，,Priority=+,getPriority,();,【,实例,8-5】,验证了,Java,对多线程的调度方法。,public class,testTheadPriority,public static void,main(String,agrs,),Thread,minThread,=new,myThread(MinPriorityThread,);,Thread,normThread,=new,myThread(NormPriorityThread,);,Thread,maxThread,=new,myThread(MaxPriorityThread,);,minThread.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY,);,normThread.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY,);,maxThread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY,);,minThread.start,();,normThread.start,();,maxThread.start,();,【,实例,8-5】,程序输出结果：,the Thread Name=MaxPriorityThread,，,Priority=10,the Thread Name=NormPriorityThread,，,Priority=5,the Thread Name=MinPriorityThread,，,Priority=1,9.3.2,资源冲突,多个线程同时运行虽然可以提高程序的执行效率，但由于共享一组资源，可能会产生冲突，例如【实例8-6】。,【,实例,8-6】,class,myThread,void,Test(int,n),(,运行线程,NO,：,+n);,tryThread.sleep(3);,catch(InterruptedException,e),(,线程异常,，,NO,：,+n);,(,结束线程,NO,：,+n);,【,实例,8-6】,class,rThread,implements,Runnable,myThread,Obj,;,int,num;,rThread(myThread,t,，,int,n),Obj,=t;,num=n;,public void run(),Obj.Test(num,);,【,实例,8-6】,public class,ThreadClash,public static void,main(String,args,),myThread,Obj,=new,myThread,();,Thread t1=new,Thread(new,rThread(Obj,，,1);,Thread t2=new,Thread(new,rThread(Obj,，,2);,Thread t3=new,Thread(new,rThread(Obj,，,3);,t1.start();t2.start();t3.start();,【,实例,8-6】,程序运行结果：,运行线程 NO：1,运行线程 NO：2,运行线程 NO：3,结束线程 NO：1,结束线程 NO：2,结束线程 NO：3,9.3.3,同步方法,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。,可以通过 private 关键字来保证数据对象只能被方法访问,synchronized 关键字：锁定冲突的方法和锁定冲突的对象。,9.3.3,同步方法,1锁标志,每个对象都有一个标志锁。当对象的一个线程访问了对象的某个synchronized数据时，这个对象就将被“上锁”,被声明为synchronized的数据都不能被调用,只有当前线程访问完它要访问的synchronized数据者抛出了没有在 synchronized 块中捕获的异常时，释放“锁标志”后，同一个对象的其它线程才能访问synchronized数据。,这样，每次只有一个线程可以执行给定监控器保护的代码块。从其它线程的角度看，该代码块可以看作是原子的，它要么全部执行，要么根本不执行。,9.3.3,同步方法,1锁标志,锁用于保护代码块或整个方法，必须记住是锁的身份保护了代码块，而不是代码块本身，这一点很重要。一个锁可以保护许多代码块或方法。,反之，仅仅因为代码块由锁保护并不表示两个线程不能同时执行该代码块。它只表示如果两个线程正在等待相同的锁，则它们不能同时执行该代码。,此外 non-static的synchronized数据只能在同一个对象的纯种实现同步访问，不同对象的线程仍可同时访问。,每个class也有一个“锁标志”。对于synchronized static数据可以在整个class下进行锁定，避免static数据的同时访问。对象的“锁标志”和class的“锁标志”是相互独立的。这点在前面已举例说明，在此不在赘述。,9.3.3,同步方法,2.锁定冲突的方法,即在待锁定方法声明中加入 synchronized关键字。这种加上synchronized关键字的方法也称synchronized方法。,格式为：,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）。,9.3.3,同步方法,2.锁定冲突的方法,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。,【,实例,8-7】,public class SyncThreads1,private static,int,x,，,y;,private static class Thread1 extends Thread,public synchronized void run(),x=y=0;,System.out.println(x,);,private static class Thread2 extends Thread,public synchronized void run(),x=y=1;,System.out.println(y,);,public static void,main(String,args,),new Thread1().run();,new Thread2().run();,9.3.3,同步方法,3,锁定冲突块（,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。,9.3.3,同步方法,3,锁定冲突块（,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。,【,实例,8-8】,public class SyncThreads2,private static,int,x,，,y;,private static Object,lockObject,=new Object();,private static class Thread1 extends Thread,public void run(),synchronized(,lockObject,),x=y=0;,System.out.println(x,);,【,实例,8-8】,private static class Thread2 extends Thread,public void run(),synchronized(,lockObject,),x=y=1;,System.out.println(y,);,public static void,main(String,args,),new Thread1().run();,new Thread2().run();,9.4,线程间通信,多线程通信的方法有两种：,1.,把共享变量和方法封装在一个类中实现；,2.,通过,wait(),和,notify(),方法实现。,9.4,线程间通信,9.4.1 共享变量和方法封装在一个类中,9.4.2 通过系统方法实现线程通信,9.4.1,共享变量和方法封装在一个类中,以下通过实例演示了通过将共享变量封装在一个类中，实现线程通信。,【,实例,8-9】,。,class,shareClass,/,共享类,private,int,n;,private,boolean,flag=false;,void,produce(int,i),while(flag,),n=i;,flag=true;,System.out.println(n,产生数据：,+n);,void get(),while(!flag,),flag=false;,(,读取数据：,+n);,【,实例,8-9】,/,读取数据类,class Producer implements,Runnable,shareClass,shc,;,Producer(shareClass,c),shc,=c;,public void run()/,生产者产生,5,个随机数,for(int,i=0;i5;i+),shc.produce(int)(Math.random,()*100);,class Consumer implements,Runnable,shareClass,shc,;,Consumer(shareClass,c),shc,=c;,public void run(),for(int,i=0;i5;i+),shc.get,();/,消费者读取数据,【,实例,8-9】,public class,TheadsCommunication,public static void,main(String,args,),shareClass,shc,=new,shareClass,();,Thread t1=new,Thread(new,Producer(shc,);,Thread t2=new,Thread(new,Consumer(shc,);,t1.start();,t2.start();,【,实例,8-9】,程序的某次运行结果：,产生数据：47,读取数据：47,产生数据：73,读取数据：73,产生数据：69,读取数据：69,产生数据：98,读取数据：98,产生数据：68,读取数据：68,9.4.2,通过系统方法实现线程通信,多线程通过把任务分成分散的逻辑单元取代了事件循环，消除了循环检测。循环检测通常通过重复检查一个特定条件的循环，一旦条件为真，就采取相应的行动，它浪费了,CPU,时间。例如，经典的队列问题，一个线程产生一些数据，而另一些线程取走数据。假设生产者生产更多的数据之前必须等到消费者结束。它才开始循环检测，浪费许多的,CPU,周期来等待消费者结束。很明显，这种情况并不是我们所期望的。,9.4.2,通过系统方法实现线程通信,为了避免循环检测，Java通过wait()、notify()和notifyAll()方法实现了一个巧妙的进程内通信的机制。这些方法作为Object的final方法来实现，因此所有类都包含有它们。这三个方法只可以在一个同步的上下文访问，而且从计算机科学的角度上来说，它在概念上是很先进的，但是使用这些方法的规则却很简单,。,9.4.2,通过系统方法实现线程通信,wait notify调度机制是几个线程对同一对象进行操作，其中某些线程在一定条件下自动挂起，等待其他线程在一定条件下通知其继续运行。这和join()不同，join()是等其他线程运行完，而wait()是等其他线程向其发出通知。,wait()和notify()是java中每个对象都有的方法，当一个线程执行到对象O的wait()方法时，java虚拟机会自动挂起，进入该对象的wait池等待。当其他线程执行到对象O的notify()方法时，java虚拟机会从对象O的wait池随机取出一个线程放入O的等锁池中，一旦O的标记被其他线程返回，即可运行。也可以执行对象O的notifyALL()，对象O的wait池中所有线程放入O的等锁池中。,图,8-3,线程调度示意图,新建线程,y,就绪线程,O,的等锁池,O,的,wait,池,优先级多列,正在运行线程,x,x.sleep(),x.yield(),z.join(),y.start(),执行到,synchronized(O),标记不存在则进入,O,等锁池,O,标记返还了,线程可运行,有线程执行,O.notify(),或,O.interrupt(),，则终止等待,有,O,的标记且执行到,O.wait(),则释放标记,进入,O,的,wait,池,按优先级排队,高优先级占先优先级,等待条件满足,9.4.2,通过系统方法实现线程通信,（1）wait()函数有两种形式：第一种形式接受一个毫秒值，用于在指定时间长度内暂停线程，使线程进入阻塞状态。第二种形式为不带参数，代表wait()在notify()或notifyAll()之前会持续阻塞。,（2）当对一个对象执行notify()时，会从线程等待池中随机取出一个线程放入O的等锁池中；当对一个对象执行notifyAll()时，会从线程等待池中移走所有该对象的所有线程，并把它们放到锁标志等待池中。,（3）当调用wait()后，线程会释放掉它所占有的“锁标志”，从而使线程所在对象中的其它synchronized数据可被别的线程使用。,9.4.2,通过系统方法实现线程通信,下面的程序错误地实现了生产者/消费者问题的简化形式。它包含了四个类：Queue，试图同步的队列；Producer，产生队列输入的线程对象；Consumer，使用队列数据的线程对象；PC，一个创建单个Queue、Producer和Consumer的小型类。,【,实例,8-10】,class Queue,int,n;,synchronized,int,get(),System.out.println(Get,：,+n);,return n;,synchronized void,put(int,n),this.n,=n;,System.out.print(Put,：,+n);,【,实例,8-10】,class Producer implements,Runnable,Queue q;,Producer(Queue,q),this.q,=q;,new,Thread(this,，,Producer).start,();,public void run(),int,i=0;,while(true,),q.put(i,+);,【,实例,8-10】,class Consumer implements,Runnable,Queue q;,Consumer(Queue,q),this.q,=q;,new,Thread(this,，,Consumer).start,();,public void run(),while(true)q.get,();,【,实例,8-10】,class PC,public static void,main(String,args,),Queue q=new Queue();,new,Producer(q,);,new,Consumer(q,);,System.out.println(Press,control-C to stop.);,【,实例,8-10】,class PC,public static void,main(String,args,),Queue q=new Queue();,new,Producer(q,);,new,Consumer(q,);,System.out.println(Press,control-C to stop.);,