第九章多線程技術(shù)

第九章多線程技術(shù)第九章多線程技術(shù)9.1多線程基本概念9.2創(chuàng)建線程的方式9.3改變線程狀態(tài)的方法9.4多線程問題9.1多線程基本概念線程概念線程與進程的區(qū)別線程的優(yōu)越性線程的狀態(tài)及轉(zhuǎn)換線程概念并發(fā)多任務(wù)的實現(xiàn)采用的是在操作系統(tǒng)(OS)級運行多個進程。由于各個進程擁有自己獨立的運行環(huán)境，進程間的耦合關(guān)系差，并發(fā)粒度過于粗糙，并發(fā)實現(xiàn)也不太容易。為提高計算機的并行效率提出了線程概念。如果把進程所占資源與進程中的運行代碼相分離，那么在一個地址空間中便可運行多個指令流，由此產(chǎn)生線程概念。一般說來，所謂線程，指程序中的一個單一的順序控制流。

線程與進程的區(qū)別圖1和圖2分別示意了把一個任務(wù)按2個并發(fā)進程和2個并發(fā)線程分解后的情況。各個進程是在自己獨有的地址空間內(nèi)執(zhí)行，不但寄存器和堆棧是獨有的，動態(tài)數(shù)據(jù)堆、靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)和程序代碼也相互獨立。各線程為保持自己的控制流而獨有寄存器和堆棧，但由于兩線程從屬于同一進程，它們共享同一地址空間，所以動態(tài)堆、靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)及程序代碼為各線程共享,所以線程的切換比進程切換的負擔要小。進程作為獨立的實體，它為線程提供運行的資源并構(gòu)成靜態(tài)環(huán)境。線程是處理機調(diào)度的基本單位。線程的優(yōu)越性快速的關(guān)聯(lián)切換

由于操作系統(tǒng)級的進程獨占自己的虛地址空間，調(diào)度進程時，系統(tǒng)必須交換地址空間，因而進程切換時間長。在同一程序內(nèi)的多個線程共享同一地址空間，因而能使線程快速切換。系統(tǒng)額外開銷小

對多個進程的管理(創(chuàng)建、調(diào)度等)有比較大的系統(tǒng)開銷。在需要動態(tài)創(chuàng)建新進程的應(yīng)用中，這種開銷比較顯著。而對線程的管理雖然也會有系統(tǒng)開銷，但比進程的小得多。通信很容易實現(xiàn)

為了實現(xiàn)協(xié)作，進程或線程之間需要進行數(shù)據(jù)交換。對于自動共享同一地址空間的各線程來說，所有的全局數(shù)據(jù)都可以訪問，因而不需要什么特殊手段就能自動實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。而進程之間的通信則要復(fù)雜得多。線程個數(shù)比進程個數(shù)多得多

許多多任務(wù)操作系統(tǒng)限制用戶進程總數(shù)。在多線程系統(tǒng)中，雖存在線程總數(shù)限額，但個數(shù)多得多(OS/2支持4096個線程)。線程的狀態(tài)及轉(zhuǎn)換新建（New）：代表線程的對象已經(jīng)被初始化，但尚未運行run方法。就緒（Runnable）：線程正在運行run方法，但這只說明線程目前處于的狀態(tài)。如果系統(tǒng)沒有能力抽出CPU執(zhí)行時間給線程，線程就“不執(zhí)行”，這里的“不執(zhí)行”不代表“阻塞”或“死亡”。運行（Running）：線程獲得了CPU資源正在執(zhí)行任務(wù)，將一直運行到結(jié)束，除非此時它自動放棄資源或有更加高優(yōu)先級的線程進入。阻塞（NotRunnable）：線程是可以執(zhí)行的，但由于某些因素的阻礙處于停滯狀態(tài)，系統(tǒng)排程器略過了應(yīng)給線程的CPU執(zhí)行時間。死亡（Dead）：線程的正式結(jié)束方式，run方法執(zhí)行完畢并返回。線程的狀態(tài)及轉(zhuǎn)換newThread()NewThreadRunnablestart()NotRunnablestop()stop()Deadyield()stop()orrun()exit..suspend()sleep()wait()resume().9.2創(chuàng)建線程的方式為了創(chuàng)建一個新的線程，必須指明這個線程所要執(zhí)行的代碼，Java是通過類做到這一點的。作為一個面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言，Java提供了java.lang.Thread類來進行多線程編程。Java中實現(xiàn)線程主要有兩種方法。繼承Thread類，覆蓋方法run()實現(xiàn)Runnable接口繼承Thread類Thread類最重要的方法是run()方法，它為Thread類的start()方法所調(diào)用，并提供線程所要執(zhí)行的代碼。為了指定自己新的代碼，只需要覆蓋它即可，即在創(chuàng)建的Thread類的子類中重寫run()，加入線程所要執(zhí)行的代碼。該方法的步驟是：從Thread類派生一個類，覆蓋Thread類中的run方法，然后創(chuàng)建該子類的對象，再調(diào)用start方法啟動本線程。importjava.applet.*;publicclassthreadextendsApplet{mythreadt1=newmythread();publicinit(){t1.start();}classmythreadextendsThread{publicvoidrun(){for(inti=0;i<4;i++)System.out.println(“”+i);{try{sleep(400);}catch(InteruptedExceptione){}}}實現(xiàn)Runnable接口Runnable接口只有一個方法run()，可以通過聲明自己的類實現(xiàn)Runnable接口并提供這一方法，并將線程代碼寫入其中，就完成了這一部分的任務(wù)。但是Runnable接口并沒有任何對線程的支持，還必須創(chuàng)建Thread類的實例，這一點通過Thread類的構(gòu)造方法publicThread(Runnabletarget)來實現(xiàn)。publicclassControlThread{privateRunnabler=newXyz();privateThreadt=newThread(r);

publicvoidstartThread(){t.start();}

publivoidstopThread(){r.stopRunning();}}publicclassXyzimplementsRunnable{privatebooleantimeToQuit=false；

publicvoidrun（）

{while（！timeToQuit）{…..}}publicvoidstopRunning(){timeToQuit=true;}}9.3改變線程狀態(tài)的方法start():

啟動線程run():

運行線程的主體,啟動線程時,由java直接調(diào)用stop():

停止線程sleep():

暫停線程的執(zhí)行,讓其它線程得到機會,sleep要丟出異常,必須抓住isAlive():判斷線程目前是否正在執(zhí)行狀態(tài)中resume():要求被暫停得線程繼續(xù)執(zhí)行suspend():暫停線程的執(zhí)行join():等待線程執(zhí)行完畢yield():將執(zhí)行的權(quán)力交給其它線程,自己到隊列的最后等待9.4多線程問題執(zhí)行的順序如何寫多線程線程間的通信資源協(xié)調(diào)daemon線程執(zhí)行的順序classmultithreadextendsThread{intthreadNum;publicstaticvoidmain(Stringargs[]){multithreadarray[]=newmultithread[3];for(inti=0;i<3;i++)array[i]=newmultithread(i);for(inti=0;i<3;i++)array[i].start();}

multithread(intSerialNum){super();threadNum=SerialNum;}

publicvoidrun(){for(intj=0;j<5;j++) System.out.println("<"+j+">"+threadNum);System.out.println("thread"+threadNum+"bye.");}}第一次第二次執(zhí)行的順序多個線程運行時,調(diào)度策略為固定優(yōu)先級調(diào)度.級別相同時,由操作系統(tǒng)按時間片來分配。上面面給出的例子中,共運行三個線程,它們做同樣的事,每次打印循環(huán)次數(shù)和自己的序列號，由結(jié)果可以看出某一時刻只有一個線程在執(zhí)行，多線程的執(zhí)行順序是交錯的、不連續(xù)的。Java中對于線程的優(yōu)先級可以進行如下設(shè)置：級別:MIN-PRIORITYNOM_PRIORITYMAX-PRIORITY執(zhí)行的順序classmultithreadextendsThread{intthreadNum;publicstaticvoidmain(Stringargs[]){multithreadarray[]=newmultithread[3];for(inti=0;i<3;i++)array[i]=newmultithread(i);array[1].setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);for(inti=0;i<3;i++)array[i].start();}multithread(intSerialNum){super();threadNum=SerialNum;}publicvoidrun(){for(intj=0;j<5;j++) System.out.println("<"+j+">"+threadNum);System.out.println("thread"+threadNum+"bye.");}}第一次第二次如何寫多線程1.分別定義不同的線程類,在各自的run方法中定義線程的工作

classmythread1extendsThread{publicvoidrun{….}}classmythread2extendsThread{publicvoidrun{….}}2.在主類中實例化各線程類,并啟動線程.publicclassdemoextendsApplet{publicvoidinit(){mythreadt1=newmythread1();mythreadt2=newmythread2();t1.start();t2.start();}}線程間的通信管道流線程1PipedOutputStreamPipedInputStream輸出流outStream輸入流inStream線程2線程2線程1中間類mssm.write(s)s=m.read()write()read()中間類資源協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的完整性等待同步數(shù)據(jù)死鎖問題數(shù)據(jù)的完整性銀行卡副卡存折銀行取過來減1000后送回去getmoney()getmoney()透支存款額存款額23數(shù)據(jù)的完整性getmoney()線程1監(jiān)視器線程2線程1進入withdrawal方法時,獲得監(jiān)視器(加鎖);當線程1的方法執(zhí)行完畢返回時,釋放監(jiān)視器(開鎖),線程2的withdrawal方能進入.對共享對象的訪問必須同步,叫做條件變量.Java語言允許通過監(jiān)視器(有的參考書稱其為管程)使用條件變量實現(xiàn)線程同步.監(jiān)視器阻止兩個線程同時訪問同一個條件變量.它的如同鎖一樣作用在數(shù)據(jù)上.24數(shù)據(jù)的完整性用synchronized來標識的區(qū)域或方法即為監(jiān)視器監(jiān)視的部分，稱為關(guān)鍵區(qū)。如果一個程序內(nèi)有兩個方法使用synchronized標志,則他們在一個監(jiān)視器管理之下.一般情況下，只在方法的層次上使用關(guān)鍵區(qū)readwrite監(jiān)視器線程1線程2classAccount{staticsintstore=10000;//為什么用static?staticsintexpense=0;publicsynchronizedvoidgetmoney(intamount){if(amount<=store){store-=amount;expense+=amount;}else{System.out.println(“bounced:“+amount);}}等待同步數(shù)據(jù)生產(chǎn)者消費者..共享對象writeread可能出現(xiàn)的問題:生產(chǎn)者比消費者快時,消費者會漏掉一些數(shù)據(jù)沒有取到消費者比生產(chǎn)者快時,消費者取相同的數(shù)據(jù).notify()和wait()方法用來協(xié)調(diào)讀取的關(guān)系.notify()和wait()都只能從同步方法中的調(diào)用.notify的作用是喚醒正在等待同一個監(jiān)視器的線程.wait的作用是讓當前線程等待classMessageBoard{ privateStringmessage; privatebooleanready=false;//(信號燈) publicsynchronizedStringread() { while(ready==false) { try{wait();} catch(InterruptedExceptione){} } ready=false; notify();//起始狀態(tài)先寫后讀

returnmessage; } publicsynchronizedvoidwrite(Strings) { while(ready==true) { try{wait();} catch(InterruptedExceptione){} } message=s;ready=true;notify(); }}classReaderextendsThread{ privateMessageBoardmBoard; publicReader(MessageBoardm) {mBoard=m;} publicvoidrun(){ Strings=""; booleanreading=true; while(reading) { s=mBoard.read(); System.out.println("Readerread:"+s); if(s.equals("logoff"))reading=false;} System.out.println("Finished:10seconds..."); try{sleep(10000);} catch(InterruptedExceptione){} }}classWriterextendsThread{ privateMessageBoardmBoard; privateStringmessages[]={“1”,“.2”,“3”,”4”,”5”}; publicWriter(MessageBoardm) {mBoard=m;} publicvoidrun(){ for(inti=0;i<messages.length;i++) { mBoard.write(messages[i]); System.out.println("Writerwrote:"+messages[i]); try{ sleep((int)(Math.random()*100)); }catch(InterruptedExceptione){}} mBoard.write("logoff");}}}publicclassWaitNotifyDemo{publicstaticvoidmain(String[]args) { MessageBoardm=newMessageBoard(); Readerreadfrom_m=newReader(m); Writerwriteto_m=newWriter(m);