Java大學(xué)實(shí)用教程第八章

1、第八章第八章 線程線程 本章導(dǎo)讀本章導(dǎo)讀n Java中的線程n 線程的生命周期n 線程的優(yōu)先級與調(diào)度管理n Thread的子類創(chuàng)建線程n Runable接口n 線程同步n wait()、notify 和notifyAll()方法n 掛起、恢復(fù)和終止線程n 線程的聯(lián)合n 守護(hù)線程1線程概述線程概述 Java語言的一大特點(diǎn)就是內(nèi)置對多線程的支持（java.lang包中的Thread類）。多線程是指同時(shí)存在幾個執(zhí)行體，按幾條不同的執(zhí)行線索共同工作的情況，它使得編程人員可以很方便地開發(fā)出具有多線程功能、能同時(shí)處理多個任務(wù)的功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序。雖然執(zhí)行線程給人一種幾個事件同時(shí)發(fā)生的感覺，但這只是一種錯覺

2、，因?yàn)槲覀兊挠?jì)算機(jī)在任何給定的時(shí)刻只能執(zhí)行這些線程中的一個。為了建立這些線程正在同步執(zhí)行的感覺，Java快速地把控制從一個線程切換到另一個線程。 class Qution public static void main(String args) while(true) System.out.println(123); while(true) System.out.println(abc); 28.1 Java中的線程中的線程 程序是一段靜態(tài)的代碼，它是應(yīng)用軟件執(zhí)行的藍(lán)本。進(jìn)程是程序的一次動態(tài)執(zhí)行過程，它對應(yīng)了從代碼加載、執(zhí)行至執(zhí)行完畢的一個完整過程，這個過程也是進(jìn)程本身從產(chǎn)生、發(fā)展至消亡的過程

3、。線程是比進(jìn)程更小的執(zhí)行單位。一個進(jìn)程在其執(zhí)行過程中，可以產(chǎn)生多個線程，形成多條執(zhí)行線索，每條線索，即每個線程也有它自身的產(chǎn)生、存在和消亡的過程，也是一個動態(tài)的概念。 Java應(yīng)用程序總是從主類的main方法開始執(zhí)行。當(dāng)JVM加載代碼，發(fā)現(xiàn)main方法之后，就會啟動一個線程，這個線程稱為“主線程”，該線程負(fù)責(zé)執(zhí)行main方法。那么，在main方法中再創(chuàng)建的線程，就稱為主線程中的線程。如果main方法中沒有創(chuàng)建其他線程，那么當(dāng)main方法執(zhí)行完最后一個語句，即main方法返回時(shí)，JVM就會結(jié)束該Java應(yīng)用程序。如果main方法中又創(chuàng)建了其他線程，那么JVM就要在主線程和其他線程之間輪流切換，保

4、證每個線程都有機(jī)會使用CPU資源，main方法即使執(zhí)行完最后的語句，JVM也不會結(jié)束該程序，JVM一直要等到主線程中的所有線程都結(jié)束之后，才結(jié)束該Java應(yīng)用程序。 38.2 線程的生命周期線程的生命周期 在Java語言中，Thread類及其子類創(chuàng)建的對象稱為線程。新建的線程在它的一個完整的生命周期中通常要經(jīng)歷4種狀態(tài)。1）新建:線程對象被聲明并創(chuàng)建時(shí) 2）運(yùn)行:線程對象調(diào)用start()方法3）中斷:中斷的原因消除時(shí),線程可以從中斷處繼續(xù)運(yùn)行. 有4種原因的中斷： *JVM將CPU資源從當(dāng)前線程切換給其他線程 *線程使用CPU資源期間，執(zhí)行了sleep(int millsecond)方法 *

5、線程使用CPU資源期間，執(zhí)行了wait()方法 *線程使用CPU資源期間，執(zhí)行某個操作進(jìn)入阻塞狀態(tài)4）死亡: 釋放分配給線程對象的內(nèi)存。 線程死亡的原因有二： 即執(zhí)行完run()方法中的全部語句或或線程被提前強(qiáng)制性終止,即強(qiáng)制run()方法結(jié)束。 例8-1 Thread的子類WriteWordThread創(chuàng)建了兩個線程。 注注: :上述程序在不同的計(jì)算機(jī)運(yùn)行或在同一臺計(jì)算機(jī)反復(fù)運(yùn)行的結(jié)果不盡相同，輸出結(jié)果依賴當(dāng)前CPU資源的使用情況。為了使結(jié)果盡量不依賴于當(dāng)前CPU資源的使用情況，我們應(yīng)當(dāng)讓線程主動調(diào)用sleep()方法讓出CPU的使用權(quán)進(jìn)入中斷狀態(tài)。 例8-2 4例子8-1效果圖58.3 線

6、程的優(yōu)先級與調(diào)度管理線程的優(yōu)先級與調(diào)度管理 Java虛擬機(jī)中的線程調(diào)度器負(fù)責(zé)管理線程，調(diào)度器把線程的優(yōu)先級分為10個級別，分別用Thread類中的類常量表示。每個Java線程的優(yōu)先級都在常數(shù)1（Thread.MIN PRIORITY）到常數(shù)10（Thread.MAX_PRIORITY）的范圍內(nèi)。如果沒有明確地設(shè)置線程的優(yōu)先級別，每個線程的優(yōu)先級都為常數(shù)5(包括主線)Thread.NORM_PRIORITYThread.NORM_PRIORITY。 線程的優(yōu)先級可以通過setPriority(int grade)方法調(diào)整，這一方法需要一個int類型參數(shù)。有些操作系統(tǒng)只能識別3個級別：1，5，10

7、。 在采用時(shí)間片的系統(tǒng)中，每個線程都有機(jī)會獲得CPU的使用權(quán)，以便使用CPU資源執(zhí)行線程中的操作。當(dāng)線程使用CPU資源的時(shí)間結(jié)束后，即使線程沒有完成自己的全部操作，Java調(diào)度器也會中斷當(dāng)前線程的執(zhí)行，把CPU的使用權(quán)切換給下一個排隊(duì)等待的線程，當(dāng)前線程將等待CPU資源的下一次輪回，然后從中斷處繼續(xù)執(zhí)行。 Java調(diào)度器的任務(wù)是使高優(yōu)先級的線程能始終運(yùn)行，一旦時(shí)間片有空閑，則使具有同等優(yōu)先級的線程以輪流的方式順序使用時(shí)間片。 68.4 Thread 的子類創(chuàng)建線程的子類創(chuàng)建線程 在Java語言中，用Thread類或子類創(chuàng)建線程對象。 用戶可以擴(kuò)展 Thread類，但需要重寫父類的run()方法

8、，其目的是規(guī)定線程的具體操作，否則線程就什么也不做，因?yàn)楦割惖膔un()方法中沒有任何操作語句。 例子8-3中除主線程外還有兩個線程，這兩個線程分別在命令行窗口的左側(cè)和右側(cè)順序地一行一行地輸出字符串。主線程負(fù)責(zé)判斷輸出的行數(shù)，當(dāng)其中任何一個線程輸出8行后，就結(jié)束進(jìn)程。 本例題中用到了System類中的類方法exit(int n)，主線程使用該方法結(jié)束整個程序。 78.5 Runnable接口接口 使用Thread子類創(chuàng)建線程的優(yōu)點(diǎn)是：我們可以在子類中增加新的成員變量，使線程具有某種屬性，也可以在子類中新增加方法，使線程具有某種功能。但是，Java不支持多繼承，Thread類的子類不能再擴(kuò)展其他

9、的類。81Runnable接口與目標(biāo)對象 創(chuàng)建線程的另一個途徑就是用Thread類直接創(chuàng)建線程對象。使用Thread創(chuàng)建線程對象時(shí)，通常使用的構(gòu)造方法是： Thread（Runnable target） 該構(gòu)造方法中的參數(shù)是一個Runnable類型的接口，因此，在創(chuàng)建線程對象時(shí)必須向構(gòu)造方法的參數(shù)傳遞一個實(shí)現(xiàn)Runnable接口類的實(shí)例，該實(shí)例對象稱作所創(chuàng)線程的目標(biāo)對象，當(dāng)線程調(diào)用start()方法后，一旦輪到它來享用CPU資源，目標(biāo)對象就會自動調(diào)用接口中的run()方法（接口回調(diào)），這一過程是自動實(shí)現(xiàn)的，用戶程序只需要讓線程調(diào)用start()方法即可，也就是說，當(dāng)線程被調(diào)度并轉(zhuǎn)入運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，

10、所執(zhí)行的就是run()方法中所規(guī)定的操作。 例8-4不使用Thread類的子類創(chuàng)建線程,而是使用Thread類創(chuàng)建left和right線程。 線程間可以共享相同的內(nèi)存單元（包括代碼與數(shù)據(jù)）,并利用這些共享單元來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、實(shí)時(shí)通信和必要的同步操作。 例8-5中,線程zhang和cheng使用同一目標(biāo)對象.兩個線程共享目標(biāo)對象的money。當(dāng)money的值小于100時(shí),線程zhang結(jié)束自己的run()方法進(jìn)入死亡狀態(tài)；當(dāng)money的值小于60時(shí),線程cheng結(jié)束自己的run()方法進(jìn)入死亡狀態(tài),(效果如圖8.2所示)。 例8-6中中共有4個線程threadA、threadB、threadC

11、和threadD,其中threadA和threadB的目標(biāo)對象a1，threadC和threadD的目標(biāo)對象是a2。threadA和threadB共享a1的成員number，而threadC和threadD共享a2的成員number。 9例子8-5效果圖102目標(biāo)對象與線程的關(guān) 目標(biāo)對象和線程的關(guān)系有以下兩種情景。1 1）目標(biāo)對象和線程完全解藕）目標(biāo)對象和線程完全解藕 在上述例8-5中，創(chuàng)建目標(biāo)對象的Bank類并沒有組合zhang和cheng線程對象，也就是說Bank創(chuàng)建的目標(biāo)對象bank不包含對象zhang和cheng線程對象的引用（完全解藕）。在這種情況下，目標(biāo)對象經(jīng)常需要通過獲得線程的名

12、字（因?yàn)闊o法獲得線程對象的引用）： String name = Thread.currentThread().getName(); String name = Thread.currentThread().getName();以便確定是哪個線程正在占用CPU資源，即被JVM正在執(zhí)行的線程。2 2）目標(biāo)對象組合線程（弱藕合）目標(biāo)對象組合線程（弱藕合） 目標(biāo)對象可以組合線程，即將線程作為自己的成員（弱藕合），比如讓線程zhang和cheng在bank中。當(dāng)創(chuàng)建目標(biāo)對象類組合線程對象時(shí)，目標(biāo)對象可以通過獲得線程對象的引用： Thread.currentThread(); Thread.current

13、Thread(); 來確定是哪個線程正在占用CPU資源，即被JVM正在執(zhí)行的線程，如下面的例8-7中代碼所示。113 關(guān)于run()方法中的局部變量 對于具有相同目標(biāo)對象的線程，當(dāng)其中一個線程享用CPU資源時(shí)，目標(biāo)對象自動調(diào)用接口中的run()方法，這時(shí)run()方法中的局部變量被分配內(nèi)存空間。當(dāng)輪到另一個線程享用CPU資源時(shí)，目標(biāo)對象會再次調(diào)用接口中的run()方法，那么run()方法中的局部變量會再次分配內(nèi)存空間。也就是說，run()方法已經(jīng)啟動運(yùn)行了兩次，分別運(yùn)行在不同的線程中，即運(yùn)行在不同的時(shí)間片內(nèi)。 我們稱run()方法中的局部變量為線程的局部變量，不同線程的run()方法中的局部變

14、量互不干擾，一個線程改變了自己的run()方法中局部變量的值不會影響其他線程的run()方法中的局部變量。 例8-8演示了兩個線程的run()方法中的局部變量互不干擾（效果如圖8.3所示）。 128.6 線程的常用方法線程的常用方法_1 1 1start()start() 線程調(diào)用該方法將啟動線程,使之從新建狀態(tài)進(jìn)入就緒隊(duì)列排隊(duì),一旦輪到它來享用CPU資源時(shí),就可以脫離創(chuàng)建它的主線程獨(dú)立開始自己的生命周期了。 2 2run()run() Thread類的run()方法與Runnable接口中的run()方法的功能和作用相同，都用來定義線程對象被調(diào)度之后所執(zhí)行的操作，都是系統(tǒng)自動調(diào)用而用戶程序不

15、得引用的方法。 Thread類中，run()方法沒有具體內(nèi)容，所以用戶程序需要創(chuàng)建自己的Thread類的子類，并重寫run()方法來覆蓋原來的run()方法。當(dāng)run()方法執(zhí)行完畢，線程就變成死亡狀態(tài)。在線程沒有結(jié)束run()方法之前，不建議讓線程再調(diào)用start()方法，否則將發(fā)生IllegalThreadStateException異常。3 3sleep(int millsecond)sleep(int millsecond) 有時(shí)，優(yōu)先級高的線程需要優(yōu)先級低的線程做一些工作來配合它，或者優(yōu)先級高的線程需要完成一些費(fèi)時(shí)的操作，此時(shí)優(yōu)先級高的線程應(yīng)該讓出處理器，使優(yōu)先級低的線程有機(jī)會執(zhí)行。

16、為達(dá)到這個目的，優(yōu)先級高的線程可以在它的run()方法中調(diào)用sleep()方法來使自己放棄處理器資源，休眠一段時(shí)間。休眠時(shí)間的長短由sleep()方法的參數(shù)決定，millsecond是毫秒為單位的休眠時(shí)間。如果線程在休眠時(shí)被打斷，JVM就拋出InterruptedException異常。因此，必須在try-catch語句塊中調(diào)用sleep()方法。138.6 線程的常用方法線程的常用方法_2 4 4isAlive()isAlive() 在線程的run方法結(jié)束之前，即沒有進(jìn)入死亡狀態(tài)之前，線程調(diào)用isAlive()方法返回true，當(dāng)線程進(jìn)入死亡狀態(tài)后（實(shí)體內(nèi)存被釋放），線程仍可以調(diào)用方法isA

17、live（），這時(shí)返回的值是false。 需要注意的是，一個已經(jīng)運(yùn)行的線程在沒有進(jìn)入死亡狀態(tài)時(shí)，不要再給線程分配實(shí)體，由于線程只能引用最后分配的實(shí)體，先前的實(shí)體就會成為“垃圾”，并且不會被垃圾收集機(jī)收集掉。內(nèi)存示意如圖8.4、圖8.5所示。 例8-9中,一個線程每隔1秒鐘在命令行窗口輸出機(jī)器的當(dāng)前時(shí)間，在輸出3秒之后,該線程又被分配了實(shí)體，新實(shí)體又開始運(yùn)行。這時(shí)，我們在命令行每秒鐘能看見兩行當(dāng)前時(shí)間,因?yàn)槔鴮?shí)體仍然在工作(效果如圖8.6所示)。 5 5currentThread() currentThread() currentThread()方法是Thread類中的類方法，可以用類名調(diào)用，

18、該方法返回當(dāng)前正在使用CPU資源的線程。 6 6interrupt()interrupt() 當(dāng)一些線程調(diào)用sleep()方法處于休眠狀態(tài)時(shí),一個使用CPU資源的其他線程在執(zhí)行過程中，可以讓休眠的線程分別調(diào)用interrupt()方法“吵醒”自己，即導(dǎo)致休眠的線程發(fā)生InterruptedException異常，從而結(jié)束休眠，重新排隊(duì)等待CPU資源。 例8-10中有3個線程zhangXiao、zhengMing和teacher，其中2個線程zhangXiao和zhengMing準(zhǔn)備休眠10秒鐘后，再輸出“早上好！”。teacher線程在輸出3句“上課”后，吵醒休眠的線程：zhangXiao，z

19、hangXiao被吵醒后再吵醒zhengMing（效果如圖8.7所示）。 14圖8.4、圖8.5、圖8.6、圖8.7158.7 線程同步線程同步 問題問題: 兩個或多個線程會同時(shí)訪問同一個變量，并且一個線程需要修改這個變量。我們應(yīng)對這樣的問題做出處理，否則可能發(fā)生混亂。 解決解決: 把修改數(shù)據(jù)的方法用關(guān)鍵字synchronized來修飾。 一個方法使用關(guān)鍵字synchronized修飾后，如果一個線程A占有CPU資源期間，使得該方法被調(diào)用執(zhí)行，同步方法調(diào)用執(zhí)行完畢之前，其他占有CPU資源的線程一旦調(diào)用這個同步方法就會引起堵塞，堵塞的線程要一直等到堵塞的原因消除（同步方法返回），再排隊(duì)等待CPU

20、資源，以便使用這個同步方法。 所謂線程同步就是若干個線程都需要使用一個synchronized修飾的方法。 例子8-11中有兩個線程：accountant和cashier，它們共同擁有一個賬本。它們都可以使用saveOrTake(int number)對賬本進(jìn)行訪問，會計(jì)使用saveOrTake()方法時(shí)，向賬本上寫入存錢記錄；出納使用saveOrTake()方法時(shí)，向賬本寫入取錢記錄。因此，當(dāng)會計(jì)正在使用saveOrTake()方法時(shí)，出納被禁止使用，反之也是這樣。比如，會計(jì)每次使用saveOrTake()方法時(shí)，在賬本上存入90萬元，在存入這筆錢時(shí)，分3次存完，每存入30萬元，就喝口茶，那

21、么他喝茶休息時(shí)（注意：存錢這件事還沒結(jié)束，即會計(jì)還沒有使用完saveOrTake()方法），出納仍不能使用saveOrTake()方法。我們要保證其中一人使用saveOrTake()方法時(shí)，另一個人將必須等待（效果如圖8.8所示）。 16例子8-11效果 如圖8.8178.8 使用使用wait()、notify()和和notifyall()協(xié)調(diào)同步線程協(xié)調(diào)同步線程 wait()wait()、notify()notify()和和notifyAll()notifyAll()都是Object類中的final方法，被所有的類繼承，且不允許重寫。 wait()wait()方法方法可以中斷線程的執(zhí)行，使本

22、線程等待，暫時(shí)讓出CPU的使用權(quán)，并允許其他線程這個同步方法。 其他線程如果在使用這個同步方法時(shí)不需要等待，那么它使用完這個同步方法的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)用notifyAll()notifyAll()方法方法通知所有的由于使用這個同步方法而處于等待的線程結(jié)束等待。曾中斷的線程就會重新排隊(duì)等待CPU資源，以便從剛才的中斷處繼續(xù)執(zhí)行這個同步方法 注意：如果使用notify()notify()，那么只是通知處于等待中的線程的某一個結(jié)束等待。 例子8-12中，為了避免復(fù)雜數(shù)學(xué)算法，我們模擬3個人排隊(duì)買票，每人買1張票。售票員只有1張五元的錢，電影票五元錢一張。張某拿1張二十元的人民幣排在孫某前面買票，孫某拿1張

23、十元的人民幣排在趙的前面買票，趙某拿1張五元的人民幣排在最后。那么，最終的賣票次序應(yīng)當(dāng)是孫、趙、張（效果如圖8.9所示）。18例子8-12效果 如圖8.9198.9 掛起、恢復(fù)和終止線程 所謂掛起所謂掛起一個線程就是讓線程暫時(shí)讓出CPU的使用權(quán)限，暫時(shí)停止執(zhí)行，但停止執(zhí)行的持續(xù)時(shí)間不確定，因此不能使用sleep()方法暫停線程。 如果線程有目標(biāo)對象，那么當(dāng)前線程在占有CPU期間，只要讓其目標(biāo)對象在某個同步方法中調(diào)用wait()就可以掛起當(dāng)前線程。為了恢復(fù)恢復(fù)這個掛起的線程（從曾中斷處繼續(xù)線程的執(zhí)行），其他線程在占有CPU資源期間，讓掛起的線程的目標(biāo)對象在同步方法中調(diào)用notifyAll()方法即可。 如果線程沒有目標(biāo)對象（用Thread子類創(chuàng)建的線程），那么當(dāng)前線程當(dāng)前線程在占有CPU期間，只要在某個同步方法中調(diào)用wait()就可以掛起自己。為了恢復(fù)恢復(fù)這個掛起的線程，其他線程在占有CPU資源期間，讓掛起的線程在同步方法中調(diào)用notifyAll()方法即可。 終止線程終止線程就是讓線程結(jié)束run方法的執(zhí)行進(jìn)入死亡狀態(tài)。 例子8-13中，線程thread每隔一秒鐘輸出一個整數(shù)，輸出3個整數(shù)后，該線程掛起；主線程負(fù)責(zé)恢復(fù)thread線程繼續(xù)執(zhí)行. 例子8-14中，thread是用Th