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Java多线程程序设计入门

06-09-21        来源:[db:作者]  
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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 thread1=new Thread(); file://声明一个对象实例,即创建一个线程;

  Thread1.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 thread1 extends Thread

    { file://自定义线程的run()方法;

     public void run()

      {

       System.out.println("Thread1 is running…");

      }

     }

   file://通过Runnable接口创建的另外一个线程;

  class thread2 implements Runnable

   { file://自定义线程的run()方法;

    public void run()

    {

     System.out.println("Thread2 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;

      {

       thread1 threadone=new thread1(); file://用Thread类的子类创建线程;

       Thread threadtwo=new Thread(new thread2()); file://用Runnable接口类的对象创建线程;
       threadone.start(); threadtwo.start(); file://strat()方法启动线程;

      }

     }

  运行该程序就可以看出,线程threadone和threadtwo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1~10表示,共分为10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:

  thread1 threadone=new thread1(); file://用Thread类的子类创建线程;

  Thread threadtwo=new Thread(new thread2()); file://用Runnable接口类的对象创建线程;

  threadone.setPriority(6); file://设置threadone的优先级6;

  threadtwo.setPriority(3); file://设置threadtwo的优先级3;

  threadone.start(); threadtwo.start(); file://strat()方法启动线程;

  这样,线程threadone将会优先于线程threadtwo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:

  1 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(){

       ….}

    }

  2 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

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