Java程序設(shè)計(jì)PPT課件版 第八章 多線程

第六章多線程授課教師：高成珍QQ：1281147324進(jìn)程和線程綜合示例線程的互斥和同步線程的狀態(tài)和生命周期創(chuàng)建線程的兩種方式本章主要內(nèi)容能夠自主實(shí)現(xiàn)多線程示例理解線程的互斥和同步熟練掌握創(chuàng)建線程的兩種方式

熟練掌握線程狀態(tài)間的轉(zhuǎn)化

本章重點(diǎn)與難點(diǎn)理解和掌握進(jìn)程和線程的概念進(jìn)程和線程幾乎所有的操作系統(tǒng)都支持同時(shí)運(yùn)行多個(gè)任務(wù)，一個(gè)任務(wù)通常就是一個(gè)程序，每個(gè)運(yùn)行中的程序就是一個(gè)進(jìn)程(Process)。當(dāng)一個(gè)程序運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部可能包含了多個(gè)順序執(zhí)行流，每個(gè)順序執(zhí)行流就是一個(gè)線程(Thread)。進(jìn)程與線程的區(qū)別1、進(jìn)程擁有自己獨(dú)立的資源，線程不擁有資源，它與父進(jìn)程的其他線程共享該進(jìn)程所擁有的全部資源；2、創(chuàng)建或撤銷一個(gè)進(jìn)程所需要的開銷比創(chuàng)建或撤銷一個(gè)線程所需要的開銷大；3、進(jìn)程為重量級(jí)組件，線程為輕量級(jí)組件；任務(wù)1任務(wù)2任務(wù)3多線程在多個(gè)CPU上運(yùn)行多線程分享單個(gè)CPU任務(wù)1任務(wù)2任務(wù)3并行和并發(fā)

并行(Parallel)指在同一時(shí)刻，有多條指令在多個(gè)處理器上同時(shí)執(zhí)行；

并發(fā)(concurrency)指在同一時(shí)刻只能有一條指令執(zhí)行，但多個(gè)進(jìn)程指令被快速輪換執(zhí)行，使得宏觀上具有多個(gè)進(jìn)程同時(shí)執(zhí)行的效果。線程類介紹（Thread）

publicstaticThreadcurrentThread()：返回當(dāng)前執(zhí)行的線程對(duì)象；publicfinalStringgetName()：返回該線程的名稱；publicfinalvoidsetPriority(int

newPriority)：更改線程的優(yōu)先級(jí)。publicThread.State

getState()：返回該線程的狀態(tài)。publicvoidstart()：使該線程開始執(zhí)行，多次啟動(dòng)一個(gè)線程是非法的；publicstaticvoidsleep(long

millis)throwsInterruptedException在指定的毫秒數(shù)內(nèi)讓當(dāng)前正在執(zhí)行的線程休眠（暫停執(zhí)行）。publicstaticvoidyield()：暫停當(dāng)前正在執(zhí)行的線程對(duì)象，并執(zhí)行其他線程。構(gòu)造方法：Thread()、Thread(Stringname）、Thread(Runnabletarget)線程的創(chuàng)建和啟動(dòng)定義Thread類的子類，并重寫該類的run()方法，該run()方法的方法體就代表了線程需要完成的任務(wù)；創(chuàng)建Thread子類的實(shí)例，即創(chuàng)建線程對(duì)象；調(diào)用線程對(duì)象的start()方法啟動(dòng)該線程。1、繼承Thread類創(chuàng)建線程類

在Java中，程序入口被自動(dòng)創(chuàng)建為主線程，main()方法的方法體就是主線程的線程執(zhí)行體。

啟動(dòng)線程使用start()方法，而不是run()方法！如果直接調(diào)用run()方法，系統(tǒng)會(huì)把線程對(duì)象當(dāng)成一個(gè)普通對(duì)象，而run()方法也是一個(gè)普通方法，而不是線程執(zhí)行體。線程的創(chuàng)建和啟動(dòng)定義Runnable接口的實(shí)現(xiàn)類，并重寫該接口的run()方法，該run()方法的方法體即該線程的線程執(zhí)行體；創(chuàng)建Runnable實(shí)現(xiàn)類的實(shí)例，并以此實(shí)例作為Thread的target來創(chuàng)建Thread對(duì)象，該Thread對(duì)象才是真正的線程對(duì)象；調(diào)用線程對(duì)象的start()方法啟動(dòng)該線程。2、實(shí)現(xiàn)Runnable接口創(chuàng)建線程第一種方式只能在類沒有繼承其它任何類的情況下才能使用？，如果一個(gè)類要繼承其它的類，最好選用第二種方法，這樣有更好的靈活性。線程的生命周期1、新建和就緒狀態(tài)當(dāng)程序使用new關(guān)鍵字創(chuàng)建一個(gè)線程之后，該線程就處于新建狀態(tài)，此時(shí)它和其他的Java對(duì)象一樣，僅僅由Java虛擬機(jī)為其分配內(nèi)存，并初始化其成員變量的值。當(dāng)調(diào)用線程對(duì)象的start()方法之后，該線程就處于就緒狀態(tài)，處于這個(gè)狀態(tài)中的線程并沒有開始運(yùn)行，只是表示該線程可以運(yùn)行了。至于該線程何時(shí)開始運(yùn)行，取決于JVM里線程調(diào)度器的調(diào)度。在線程的生命周期中，要經(jīng)過新建(New)、就緒(Runnable)、運(yùn)行(Running)、阻塞(Blocked)和死亡(Dead)5種狀態(tài)。線程啟動(dòng)以后，不可能一直霸占著CPU獨(dú)自運(yùn)行，CPU需要在多條線程之間切換，于是線程狀態(tài)也會(huì)多次在運(yùn)行、阻塞之間切換。線程的生命周期2、運(yùn)行和阻塞狀態(tài)如果處于就緒狀態(tài)的線程獲得了CPU，開始執(zhí)行run()方法，則該線程處于運(yùn)行狀態(tài)，線程在運(yùn)行過程中會(huì)被中斷，目的是使其他線程獲得執(zhí)行的機(jī)會(huì)，線程調(diào)度的細(xì)節(jié)取決于底層平臺(tái)所采用的策略。當(dāng)發(fā)生如下情況時(shí)，線程會(huì)進(jìn)入阻塞狀態(tài)線程調(diào)用sleep()方法主動(dòng)放棄所占用的處理器資源；線程調(diào)用一個(gè)阻塞式IO方法，在該方法返回之前，該線程被阻塞；線程試圖獲得一個(gè)同步監(jiān)視器，但該同步監(jiān)視器正被其他線程所持有；線程在等待某個(gè)通知(notify)；線程的生命周期被阻塞的線程會(huì)在合適的時(shí)候重新進(jìn)入就緒狀態(tài)，注意不是運(yùn)行狀態(tài)。被阻塞線程的阻塞解除后，必須重新等待線程調(diào)度器再次調(diào)度它。當(dāng)發(fā)生如下情況時(shí)，可解除阻塞，讓線程重新進(jìn)入就緒狀態(tài)。調(diào)用sleep()方法的線程經(jīng)過了指定時(shí)間；線程調(diào)用的阻塞式IO方法已經(jīng)返回；線程成功地獲得了試圖取得的同步監(jiān)視器；線程正在等待某個(gè)通知時(shí)，其他線程發(fā)出了一個(gè)通知；2、運(yùn)行和阻塞狀態(tài)線程的生命周期run()方法執(zhí)行完成，線程正常結(jié)束；線程拋出一個(gè)未捕獲的Exception或Error;直接調(diào)用該線程的stop()方法來結(jié)束該線程。注意：當(dāng)主線程結(jié)束時(shí)，其他線程不受任何影響，并不會(huì)隨之結(jié)束。一旦子線程啟動(dòng)起來后，它就擁有和主線程相同的地位。3、線程死亡為了測(cè)試某個(gè)線程是否已經(jīng)死亡，可以調(diào)用線程對(duì)象的isAlive()方法，當(dāng)線程處于就緒、運(yùn)行、阻塞3種狀態(tài)時(shí)，該方法將返回true；當(dāng)線程處于新建、死亡2中狀態(tài)時(shí)，該方法將返回false。線程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖線程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖控制線程如果需要當(dāng)前正在執(zhí)行的線程暫停一段時(shí)間，并進(jìn)入阻塞狀態(tài)，可通過調(diào)用Thread類的靜態(tài)方法sleep()方法來實(shí)現(xiàn)。即使系統(tǒng)中沒有其他可執(zhí)行的線程，處于sleep()中的線程也不會(huì)執(zhí)行，sleep()方法常用來暫停程序的執(zhí)行。1、線程睡眠(sleep)

Thread提供了讓一個(gè)線程等待另一個(gè)線程完成的方法—join()方法。當(dāng)在某個(gè)程序執(zhí)行流中調(diào)用其他線程的join()方法時(shí)，調(diào)用線程將被阻塞，直到被join()方法join線程執(zhí)行完為止。2、join線程控制線程有一種線程，它是在后臺(tái)運(yùn)行的，它的任務(wù)是為其他的線程提供服務(wù)，這種線程被稱為“后臺(tái)線程”，也叫“守護(hù)線程”或“精靈線程”。JVM的垃圾回收線程就是典型的后臺(tái)線程。后臺(tái)線程有個(gè)特征：如果所有的前臺(tái)線程都死亡，后臺(tái)線程會(huì)自動(dòng)死亡。3、后臺(tái)線程(Daemon)調(diào)用Thread對(duì)象的setDaemon(true)方法可將指定線程設(shè)置為后臺(tái)線程，通過isDaemon()方法，可判斷指定線程是否為后臺(tái)線程。當(dāng)要將某個(gè)線程設(shè)置為后臺(tái)線程時(shí)，必須要在該線程啟動(dòng)之前，否則會(huì)引發(fā)IllegalThreadStateException異常?？刂凭€程

yield()方法和sleep()方法相似，它也可以讓當(dāng)前正在執(zhí)行的線程暫停，但它不會(huì)阻塞該線程，它只是將該線程轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)。即讓系統(tǒng)的線程調(diào)度器重新調(diào)度一次。完全可能的情況是：當(dāng)某個(gè)線程調(diào)用了yield()方法暫停之后，線程調(diào)度器又將其調(diào)度出來重新執(zhí)行。4、線程讓步(yield)當(dāng)某個(gè)線程調(diào)用了yield()方法暫停之后，只有優(yōu)先級(jí)與當(dāng)前線程相同，或者優(yōu)先級(jí)比當(dāng)前線程更高的處于就緒狀態(tài)的線程才會(huì)獲得執(zhí)行的機(jī)會(huì)?？刂凭€程

sleep()方法和yield()方法的區(qū)別：sleep()方法暫停當(dāng)前線程后，會(huì)給其他線程執(zhí)行機(jī)會(huì)，不會(huì)理會(huì)其他線程的優(yōu)先級(jí)；但yield()方法只會(huì)給優(yōu)先級(jí)相同，或優(yōu)先級(jí)更高的線程執(zhí)行機(jī)會(huì)；sleep()方法會(huì)將線程轉(zhuǎn)入阻塞狀態(tài)，直到經(jīng)過阻塞時(shí)間才會(huì)轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)；而yield()不會(huì)將線程轉(zhuǎn)入阻塞狀態(tài)，它只是強(qiáng)制當(dāng)前線程進(jìn)入就緒狀態(tài)；sleep()方法聲明拋出了InterruptedException異常，所以調(diào)用sleep()方法時(shí)要慢捕捉該異常，要么顯示聲明拋出該異常；而yield()方法則沒有聲明拋出任何異常；模擬賬戶存取錢

銀行賬戶類，提供相關(guān)屬性的setter和getter方法操作線程類的構(gòu)造方法，傳入需要操作的賬戶、具體的操作以及操作的金額模擬賬戶存取錢線程執(zhí)行體測(cè)試方法模擬賬戶存取錢多線程操作時(shí)，會(huì)存在余額為負(fù)數(shù)的情況，為什么會(huì)這樣，如何解決？線程同步為了解決多個(gè)線程對(duì)共享資源的操作而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不一致問題，Java的多線程支持引入了同步監(jiān)視器，使用關(guān)鍵字synchronized。線程開始執(zhí)行同步代碼塊之前，必須先獲得對(duì)同步監(jiān)視器的鎖定。通用方法就是同步代碼塊，語法格式如下：synchronized(obj){ … //此處的代碼就是同步代碼塊}注意：任何時(shí)刻只能有一個(gè)線程可以獲得對(duì)同步監(jiān)視器的鎖定，當(dāng)同步代碼塊執(zhí)行完成后，該線程會(huì)釋放對(duì)該同步監(jiān)視器的鎖定。同步方法同步方法與同步代碼塊相似，需要使用synchronized關(guān)鍵字修飾，對(duì)于同步方法而言，無須顯示指定同步監(jiān)視器，同步方法的同步監(jiān)視器是this，即當(dāng)前對(duì)象本身。通過使用同步方法可方便實(shí)現(xiàn)線程安全的類，線程安全的類具有如下特征：該類的對(duì)象可以被多個(gè)線程安全地訪問；每個(gè)線程調(diào)用該對(duì)象的任意方法后都將得到正確結(jié)果；每個(gè)線程調(diào)用該對(duì)象的任意方法后，該對(duì)象狀態(tài)依然保持合理狀態(tài)。

不可變類總是線程安全的，因?yàn)樗膶?duì)象狀態(tài)不可改變；但可變對(duì)象需要額外的方法（同步方法）來保證線程安全，這是以降低程序的運(yùn)行效率為代價(jià)的。通常只對(duì)那些會(huì)改變共享資源的方法進(jìn)行同步。釋放同步監(jiān)視器任何線程進(jìn)入同步代碼塊、同步方法之前，必須先獲得對(duì)同步監(jiān)視器的鎖定，那么何時(shí)會(huì)釋放對(duì)同步監(jiān)視器的鎖定呢？當(dāng)前線程的同步方法、同步代碼塊執(zhí)行結(jié)束，即釋放同步監(jiān)視器；當(dāng)前線程在同步方法、同步代碼塊中遇到break、return終止了該代碼塊、該方法的繼續(xù)執(zhí)行，將會(huì)釋放同步監(jiān)視器；當(dāng)前線程在同步方法、同步代碼塊中出現(xiàn)了未處理的Error或Exception，導(dǎo)致代碼塊或方法異常結(jié)束時(shí)，會(huì)釋放同步監(jiān)視器；當(dāng)前線程執(zhí)行同步代碼塊或同步方式時(shí)，程序執(zhí)行了同步監(jiān)視器對(duì)象的wait()方法，則當(dāng)前線程暫停，并釋放同步監(jiān)視器。注意：當(dāng)同步代碼塊或同步方法中，調(diào)用Thread.sleep()、Thread.yield()方法來暫停當(dāng)前線程的執(zhí)行，當(dāng)前線程不會(huì)釋放同監(jiān)視器。同步監(jiān)視器引起的死鎖問題

Java線程死鎖是一個(gè)經(jīng)典的多線程問題，是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的線程在執(zhí)行過程中，因爭(zhēng)奪資源而造成的一種互相等待的現(xiàn)象，若無外力作用，它們都將無法推進(jìn)下去。導(dǎo)致死鎖必須滿足以下條件：互斥，即多個(gè)線程不能同時(shí)使用同一資源；占有等待，即某個(gè)線程必須同時(shí)擁有幾個(gè)資源才能執(zhí)行完成；非剝奪，即資源只能由線程執(zhí)行完主動(dòng)釋放，而不能在別的線程沒有釋放資源的情況下，奪走其已占有的資源；環(huán)路等待條件：你等待我釋放資源，我等待你釋放資源，資源沒有滿足的線程無限期地等待。例如有兩個(gè)人A和B，面前擺放著食物，需要同時(shí)使用刀和叉才能食用，但現(xiàn)在只有一副刀叉，A獲得了刀，B獲得了叉。A在等待獲得叉，B在等待獲得刀。誰也不愿意給對(duì)方，這時(shí)候就進(jìn)入僵持狀態(tài)即死鎖狀態(tài)。模擬死鎖的關(guān)鍵代碼程序執(zhí)行入口，主方法線程方法執(zhí)行體生產(chǎn)者消費(fèi)者問題解決方案：讓生產(chǎn)者在緩沖區(qū)滿時(shí)休眠，等到下次消費(fèi)者消耗緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)時(shí)，生產(chǎn)者才能被喚醒，開始往緩沖區(qū)添加數(shù)據(jù)。同樣，讓消費(fèi)者在緩沖區(qū)空時(shí)進(jìn)入休眠，等到生產(chǎn)者往緩沖區(qū)添加數(shù)據(jù)后，再喚醒消費(fèi)者。