《多線程程序設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

1、Xueping Shen,1,java多線程程序設(shè)計(jì),Xueping Shen,2,想象一下，如果我們想要從Internet上下載一段很長(zhǎng)的視頻或者音頻片段，如果我們可以把下載任務(wù)放在一個(gè)獨(dú)立的線程里實(shí)現(xiàn)，我們?cè)谙螺d開始之后很快就可以觀看這個(gè)片段了，而不是必須等全部下載完成才可以觀看。 此外，多線程的執(zhí)行還可以允許許多用戶同時(shí)訪問(wèn)一個(gè)公共的數(shù)據(jù)庫(kù)，這個(gè)特性對(duì)于類似庫(kù)存管理和機(jī)票預(yù)定這樣的系統(tǒng)有時(shí)候顯得非常有用。 為了防止由于多個(gè)用戶同時(shí)讀取和寫入公共數(shù)據(jù)庫(kù)而造成的數(shù)據(jù)破壞，多線程還需要在對(duì)象上設(shè)置鎖。這樣一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)線程能夠修改一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)。,Xueping Shen,3,如何實(shí)踐對(duì)正在

2、下載的視頻進(jìn)行同時(shí)觀看； 機(jī)票預(yù)訂； 并發(fā)的處理。,Xueping Shen,4,主要知識(shí)點(diǎn),線程的概念 線程的調(diào)度 創(chuàng)建和啟動(dòng)線程 Thread線程類、 Runnable接口 多個(gè)線程的同步 線程之間的通信,Xueping Shen,5,多線程,程序：是一段靜態(tài)的代碼，它是應(yīng)用程序執(zhí)行的藍(lán)本。 進(jìn)程：是程序的一次動(dòng)態(tài)執(zhí)行過(guò)程，它對(duì)應(yīng)了從代碼加載、執(zhí)行到執(zhí)行完畢的一個(gè)完整過(guò)程，也是進(jìn)程本身從產(chǎn)生、發(fā)展至消亡的過(guò)程。 目前所流行的操作系統(tǒng)中，大部分都是支持多任務(wù)的(如Windows 3.X，Windows NT，Windows 95，OS/2及UNIX的各個(gè)版本)，這實(shí)際就是一種多進(jìn)程的概念每一

3、個(gè)任務(wù)就是一個(gè)進(jìn)程。 線程：比進(jìn)程更小的執(zhí)行單位。一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中，為了同時(shí)完成多項(xiàng)操作，可以產(chǎn)生多個(gè)線程，形成多條執(zhí)行線索。每個(gè)線程都有它自身的產(chǎn)生、存在和消亡的過(guò)程。,Xueping Shen,6,線程和進(jìn)程之間的關(guān)系：,多進(jìn)程環(huán)境中每一個(gè)進(jìn)程既包括其所要執(zhí)行的指令, 也包括執(zhí)行指令所需的任何系統(tǒng)資源, 如CPU、內(nèi)存空間、I/O端口等,不同進(jìn)程所占用的系統(tǒng)資源相對(duì)獨(dú)立； 線程是比進(jìn)程單位更小的執(zhí)行單位，多線程環(huán)境中每一個(gè)線程都隸屬于某一進(jìn)程,由進(jìn)程觸發(fā)執(zhí)行,在系統(tǒng)資源的使用上,屬于同一進(jìn)程的所有線程共享該進(jìn)程的系統(tǒng)資源； 與進(jìn)程不同的是線程本身即沒(méi)有入口，也沒(méi)有出口，其自身也不能獨(dú)立

4、運(yùn)行，它棲身于某個(gè)進(jìn)程之中，由進(jìn)程啟動(dòng)運(yùn)行，完成其任務(wù)后，自動(dòng)終止，也可以由進(jìn)程使之強(qiáng)制終止。,Xueping Shen,7,多線程程序設(shè)計(jì)：,是指單個(gè)程序包含并發(fā)執(zhí)行的多個(gè)線程。當(dāng)多線程程序執(zhí)行時(shí)，該程序?qū)?yīng)的進(jìn)程中就有多個(gè)控制流在同時(shí)執(zhí)行，即具有并發(fā)執(zhí)行的多個(gè)線程； 例如： PV操作 Web Server接受客戶端的請(qǐng)求問(wèn)題 銀行問(wèn)題 網(wǎng)絡(luò)聊天(一對(duì)多)程序,Xueping Shen,8,一個(gè)多線程的例子：Test.java 此程序創(chuàng)建兩個(gè)線程，分別執(zhí)行存取款操作，并規(guī)定 每次存款25000元，每次取款50000元。,Xueping Shen,9,進(jìn)程、線程示意圖,Xueping Shen

5、,10,為什么要使用多線程？,由于線程在程序內(nèi)部，多個(gè)線程共享一些系統(tǒng)的開銷，而線程本身的數(shù)據(jù)通常只有微處理器的寄存器數(shù)據(jù)，以及一個(gè)供程序執(zhí)行時(shí)使用的堆棧。 例如線程之間共享相同的內(nèi)存單元(代碼和數(shù)據(jù))，因此在線程間切換，不需要很大的系統(tǒng)開銷，所以線程之間的切換速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比進(jìn)程之間快，線程之間的通信也比進(jìn)程通信快的多。 多個(gè)線程輪流搶占CPU資源而運(yùn)行時(shí)，從微觀上講，一個(gè)時(shí)間里只能有一個(gè)作業(yè)被執(zhí)行，在宏觀上可使多個(gè)作業(yè)被同時(shí)執(zhí)行，即等同于要讓多臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)工作，使系統(tǒng)資源特別是CPU的利用率得到提高，從而可以提高整個(gè)程序的執(zhí)行效率。,Xueping Shen,11,線程運(yùn)行環(huán)境,Xueping

6、Shen,12,每一個(gè)進(jìn)程就是一個(gè)應(yīng)用程序。有自己的入口和出口。 多進(jìn)程環(huán)境中每一個(gè)進(jìn)程既包括其所要執(zhí)行的指令, 也包括了執(zhí)行指令所需的任何系統(tǒng)資源, 如CPU、內(nèi)存空間、I/O端口等； 不同進(jìn)程所占用的系統(tǒng)資源相對(duì)獨(dú)立。,多個(gè)線程可共同存在于一個(gè)應(yīng)用程序中。 多線程環(huán)境中每一個(gè)線程都隸屬于某一進(jìn)程,由進(jìn)程觸發(fā)執(zhí)行（沒(méi)有自己的入口和出口）； 在系統(tǒng)資源的使用上,屬于同一進(jìn)程的所有線程共享該進(jìn)程的系統(tǒng)資源。,線程之間切換的速度比進(jìn)程切換要快得多。,進(jìn)程和線程的比較（總結(jié)）,Xueping Shen,13,線程的調(diào)度（1）,微觀上，在一臺(tái)只具有一個(gè)CPU的機(jī)器上，CPU在同一時(shí)間只能分配給一個(gè)線程

7、做一件事。 當(dāng)有多于一個(gè)的線程工作時(shí)，在Java中，線程調(diào)度通常是搶占式(即哪一個(gè)線程先搶到CPU資源則先運(yùn)行)，而不是分時(shí)間片式。 一旦一個(gè)線程獲得執(zhí)行權(quán)，這個(gè)線程將持續(xù)運(yùn)行下去，直到它運(yùn)行結(jié)束或因?yàn)槟撤N原因而阻塞，或者有另一個(gè)高優(yōu)先級(jí)線程就緒（這種情況稱為低優(yōu)先級(jí)線程被高優(yōu)先級(jí)線程所搶占）。,Xueping Shen,14,線程的調(diào)度（2）,所有被阻塞的線程按次序排列，組成一個(gè)阻塞隊(duì)列。例如: 因?yàn)樾枰却粋€(gè)較慢的外部設(shè)備，例如磁盤或用戶。 讓處于運(yùn)行狀態(tài)的線程調(diào)用Thread.sleep()方法。 讓處于運(yùn)行狀態(tài)的線程調(diào)用另一個(gè)線程的join()方法。 所有就緒但沒(méi)有運(yùn)行的線程則根據(jù)其

8、優(yōu)先級(jí)排入一個(gè)就緒隊(duì)列。 當(dāng)CPU空閑時(shí)，如果就緒隊(duì)列不空，就緒隊(duì)列中第一個(gè)具有最高優(yōu)先級(jí)的線程將運(yùn)行。 當(dāng)一個(gè)線程被搶占而停止運(yùn)行時(shí)，它的運(yùn)行態(tài)被改變并放到就緒隊(duì)列的隊(duì)尾； 一個(gè)被阻塞（可能因?yàn)樗呋虻却齀/O設(shè)備）的線程就緒后通常也放到就緒隊(duì)列的隊(duì)尾。,Xueping Shen,15,線程的調(diào)度與優(yōu)先級(jí),線程的調(diào)度是按： 其優(yōu)先級(jí)的高低順序執(zhí)行的； 同樣優(yōu)先級(jí)的線程遵循“先到先執(zhí)行的原則”； 線程優(yōu)先級(jí)：范圍 110 （10 級(jí)）。數(shù)值越大，級(jí)別越高 Thread 類定義的 3 個(gè)常數(shù)： MIN_PRIORITY 最低(小)優(yōu)先級(jí)（值為1） MAX_PRIORITY 最高(大)優(yōu)先級(jí)（值為

9、10） NORM_PRIORITY 默認(rèn)優(yōu)先級(jí)（值為5） 線程創(chuàng)建時(shí)，繼承父線程的優(yōu)先級(jí)。 常用方法： getPriority( )：獲得線程的優(yōu)先級(jí) setPriority( )：設(shè)置線程的優(yōu)先級(jí) ThreadPri.java,Xueping Shen,16,Xueping Shen,17,主線程,主線程： main( ) 方法Application 應(yīng)用程序 每當(dāng)用java命令啟動(dòng)一個(gè)Java虛擬機(jī)進(jìn)程（ Application 應(yīng)用程序），Java虛擬機(jī)就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)主線程，該線程從程序入口main()方法開始執(zhí)行。 瀏覽器中加載的 Applet 主類Applet 小程序 多線程：在主線程

10、中創(chuàng)建 Thread 類或其子類對(duì)象時(shí)，就創(chuàng)建了一個(gè)線程對(duì)象。Programmer可以控制線程的啟動(dòng)、掛起與終止。,Xueping Shen,18,public class Sample public void method1(String str) System.out.println(str); public void method2(String str) method1(str); public static void main(String args) Sample s=new Sample(); s.method2(hello); ,當(dāng)我們運(yùn)行java Sample命令時(shí)，java

11、虛擬機(jī)會(huì)給每個(gè)線程分配方 法調(diào)用棧，用于跟蹤每個(gè)線程調(diào)用方法的信息，同時(shí)方法調(diào)用棧 還用做線程的工作區(qū)，方法局部變量會(huì)存放到方法調(diào)用棧中,Xueping Shen,19,線程的狀態(tài),在一個(gè)多線程運(yùn)行環(huán)境中運(yùn)行的線程可以有多種狀態(tài),也就是說(shuō)一個(gè)線程在不同時(shí)刻會(huì)處于下列狀態(tài)之一: 新建、就緒、運(yùn)行、阻塞、終止；,Xueping Shen,20,線程生命周期中的5種狀態(tài),新建：當(dāng)一個(gè) Thread 類或其子類對(duì)象被創(chuàng)建時(shí)，新產(chǎn)生的線程處于新建狀態(tài)，此時(shí)它已經(jīng)有了相應(yīng)的內(nèi)存空間和其他資源。如： Thread myThread=new MyThreadClass( ); 就緒：調(diào)用 start( ) 方

12、法來(lái)啟動(dòng)處于新建狀態(tài)的線程后，將進(jìn)入線程隊(duì)列排隊(duì)等待 CPU 服務(wù)，此時(shí)它已經(jīng)具備了運(yùn)行的條件，一旦輪到它來(lái)享用 CPU 資源時(shí)，就可以脫離創(chuàng)建它的主線程，開始自己的生命周期。 運(yùn)行：當(dāng)就緒狀態(tài)的線程被調(diào)度并獲得處理器資源時(shí)，便進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。每一個(gè) Thread 類及其子類的對(duì)象都有一個(gè)重要的 run( ) 方法，當(dāng)線程對(duì)象被調(diào)用執(zhí)行時(shí)，它將自動(dòng)調(diào)用本對(duì)象的 run( ) 方法，從第一句開始順序執(zhí)行。Run( ) 方法定義了這個(gè)線程的操作和功能。,Xueping Shen,21,線程生命周期中的5種狀態(tài)：,阻塞：一個(gè)正在執(zhí)行的線程暫停自己的執(zhí)行而進(jìn)入的狀態(tài)。引起線程由運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入阻塞狀態(tài)的可能

13、情況： 該線程正在等待 I/O 操作的完成 調(diào)用了該線程的 sleep( ) 方法 調(diào)用了 wait( ) 方法 讓處于運(yùn)行狀態(tài)的線程調(diào)用另一個(gè)線程的join()方法,Xueping Shen,22,線程生命周期中的5種狀態(tài)：,對(duì)應(yīng)于不同進(jìn)入阻塞狀態(tài)的情況，采取不同的方法使其回到就緒狀態(tài)： I/O 操作：等待這個(gè) I/O 操作完成后； sleep( ) 方法：等待其指定的休眠事件結(jié)束后，自動(dòng)脫離阻塞狀態(tài)； 調(diào)用 wait( ) 方法：調(diào)用 notify( ) 或 notifyAll( ) 方法；,Xueping Shen,23,線程生命周期中的5種狀態(tài)：,終止： 自然終止：線程完成了自己的全部

14、工作 強(qiáng)制終止：在線程執(zhí)行完之前，調(diào)用 stop( ) 或 destroy( ) 方法終止線程,Xueping Shen,24,線程的狀態(tài)及轉(zhuǎn)換,Xueping Shen,25,創(chuàng)建一個(gè)新的線程,Java中的多線程是建立在Thread類,Runnable接口的基礎(chǔ)上的，通常有兩種辦法讓我們來(lái)創(chuàng)建一個(gè)新的線程： 創(chuàng)建一個(gè)Thread類,或者一個(gè)Thread子類的對(duì)象； 創(chuàng)建一個(gè)實(shí)現(xiàn)Runnable接口的類的對(duì)象；,Xueping Shen,26,name:線程的名稱,target:要運(yùn)行的線程對(duì)象,group:線程組的名稱,stackSize:堆棧的大小,Thread類介紹,Xueping Sh

15、en,27,Thread類介紹,countStackFrames(); suspend(); resume(); stop(); stop(Throwableobj);,Xueping Shen,28,Thread類的常用方法,currentThread()：返回當(dāng)前運(yùn)行的Thread對(duì)象。 setName()：設(shè)置線程的名字。 getName()：返回該線程的名字。 setPriority()：設(shè)置線程優(yōu)先級(jí)。 getPriority()：返回線程優(yōu)先級(jí)。 start()：?jiǎn)?dòng)一個(gè)線程。 run()：線程體,由start()方法調(diào)用,當(dāng)run()方法返回時(shí),當(dāng)前的線程結(jié)束。 stop()：使

16、調(diào)用它的線程立即停止執(zhí)行。 isAlive()：如果線程已被啟動(dòng)并且未被終止，那么isAlive()：返回true。如果返回false，則該線程是新創(chuàng)建或是已被終止的。,Xueping Shen,29,Thread類的常用方法,sleep(int n)：使線程睡眠n毫秒,n毫秒后,線程可以再次運(yùn)行。 yield()：將CPU控制權(quán)主動(dòng)移交到下一個(gè)可運(yùn)行線程。 join()：方法join()將引起現(xiàn)行線程等待，直至方法join所調(diào)用的線程結(jié)束。 suspend()： 使線程掛起,暫停運(yùn)行。 resume() 恢復(fù)掛起的線程,使其處于可運(yùn)行狀態(tài)（Runnable）。 wait()： notify(

17、)： notifyAll()：,suspend(); resume(); Stop(); 目前已經(jīng)不再使用。為什么？請(qǐng)看API.,Xueping Shen,30,因?yàn)镴ava線程的調(diào)度不是分時(shí)的，所以你必須確保你 的代碼中的線程會(huì)不時(shí)地給另外一個(gè)線程運(yùn)行的機(jī)會(huì)。 有三種方法可以做到一點(diǎn)： 讓處于運(yùn)行狀態(tài)的線程調(diào)用Thread.sleep()方法。 讓處于運(yùn)行狀態(tài)的線程調(diào)用Thread.yield()方法。 讓處于運(yùn)行狀態(tài)的線程調(diào)用另一個(gè)線程的join()方法。,Xueping Shen,31,sleep()和yield()的區(qū)別,這兩個(gè)方法都是靜態(tài)的實(shí)例方法。 yield()讓運(yùn)行中的線程主動(dòng)

18、放棄當(dāng)前獲得的CPU處理機(jī)會(huì)，但不是使該線程阻塞，而是使之轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)。 yield()給相同優(yōu)先級(jí)或更高的線程運(yùn)行機(jī)會(huì)，如果當(dāng)前沒(méi)有存在相同優(yōu)先級(jí)的線程，則yield()什么都不做。而sleep()不會(huì)考慮線程的優(yōu)先級(jí)，會(huì)給其他線程運(yùn)行的機(jī)會(huì)，因此也會(huì)給相同或更低優(yōu)先級(jí)線程運(yùn)行機(jī)會(huì)。 sleep()使線程轉(zhuǎn)入阻塞狀態(tài)，而yield()使線程轉(zhuǎn)入runnable狀態(tài)。 sleep()會(huì)有中斷異常拋出，而yiled()不拋出任何異常。 sleep()方法具有更好的可移植性，因?yàn)閥ield()的實(shí)現(xiàn)還取決于底層的操作系統(tǒng)對(duì)線程的調(diào)度策略。 對(duì)于yield()的主要用途是在測(cè)試階段，人為的提高程序的

19、并發(fā)性能，以幫助發(fā)現(xiàn)一些隱藏的并發(fā)錯(cuò)誤，當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)，則不能依靠yield方法提高程序的并發(fā)行能。,Xueping Shen,32,方法wait()與sleep() 方法一樣，都能使線程等待而停止運(yùn)行，其區(qū)別在于sleep()方法不會(huì)釋放對(duì)象的鎖，而wait()方法進(jìn)入等待時(shí)，可以釋放對(duì)象的鎖，因而別的線程能對(duì)這些加鎖的對(duì)象進(jìn)行操作。所以，wait,notify和notifyAll都是與同步相關(guān)聯(lián)的方法,只有在synchronized方法中才可以用。 在不同步的方法或代碼中則使用sleep()方法使線程暫時(shí)停止運(yùn)行。,Xueping Shen,33,線程類Thread中提供以下幾個(gè)版本的j

20、oin()方法。 使當(dāng)前正在運(yùn)行的線程暫停下來(lái)，等待指定的時(shí)間后 或等待調(diào)用該方法的線程結(jié)束后，再恢復(fù)運(yùn)行。 public final void join()throws InterruptedException; public final void join(long millis,int nanos)throws InterruptedException; public final void join(long millis)throws InterruptedException;,join() 方法：,舉例：TestSubThread2.java,Xueping Shen,34,publ

21、ic void timeout() / 暫停該線程，等候其他線程(tt)結(jié)束 tt.join(); / 其他線程結(jié)束后，繼續(xù)進(jìn)行該線程 ,join()：方法join()將引起現(xiàn)行線程等待，直至方法join 所調(diào)用的線程結(jié)束。,Xueping Shen,35,Xueping Shen,36,將一個(gè)類定義為Thread的子類,那么這個(gè)類就可以 用來(lái)創(chuàng)建線程。 這個(gè)類中有一個(gè)至關(guān)重要的方法public void run，這個(gè)方法稱為線程體，它是整個(gè)線程的核心，線程所要完成任務(wù)的代碼都定義在線程體中，實(shí)際上不同功能的線程之間的區(qū)別就在于它們線程體的不同,舉例：ThreadTester.java Tes

22、tSubThread.java TestMyThread.java Example19_1.java UseThread.java,應(yīng)用線程類創(chuàng)建線程,Xueping Shen,37,TimePrinter.java,Xueping Shen,38,Thread.sleep()方法的使用，注意異常的拋出,Xueping Shen,39,Xueping Shen,40,Xueping Shen,41,Thead.yield()方法,Xueping Shen,42,主線程和其他線程共存,Xueping Shen,43,Xueping Shen,44,Thread.sleep()方法的使用，注意異常

23、的拋出,Xueping Shen,45,Xueping Shen,46,join()方法的使用，注意異常的拋出。保證了主線程最后結(jié)束,Xueping Shen,47,Xueping Shen,48,Xueping Shen,49,Xueping Shen,50,應(yīng)用Runnable接口創(chuàng)建線程,Runnable是Java中用以實(shí)現(xiàn)線程的接口，從根本 上講，任何實(shí)現(xiàn)線程功能的類都必須實(shí)現(xiàn)該接口。 Thread(Runnable target); Thread(Runnable target, String name); Runnable接口中只定義了一個(gè)方法就是run()方法，也就是線程體。,舉

24、例:TimePrinter1.java TestMyClassThread.java UseRunnable.java UseRunnable.html,Xueping Shen,51,Xueping Shen,52,Xueping Shen,53,Xueping Shen,54,因?yàn)镴ava只允許單繼承，如果一個(gè)類已經(jīng)繼承了Thread，就不能再繼承其他類。 比如對(duì)于Applet程序，由于必須繼承java. applet.Applet，因此就只能采取這種實(shí)現(xiàn)接口的方法。 特別是在除了run()方法以外,并不打算重寫Thread類的其它方法的情況下,以實(shí)現(xiàn)Runnable接口的方式生成新線程就

25、顯得更加合理了。,適用于采用實(shí)現(xiàn)Runnable接口方法的情況,Xueping Shen,55,終止線程,當(dāng)線程執(zhí)行完run()方法，它將自然終止運(yùn)行。 Thread有一個(gè)stop()方法，可以強(qiáng)制結(jié)束線程，但這種方法是不安全的。因此，在JDK1.2開始的版本中，stop()方法已經(jīng)被廢棄。 實(shí)際編程中，一般是定義一個(gè)標(biāo)志變量，然后通過(guò)程序來(lái)改變標(biāo)志變量的值，從而控制線程從run()方法中自然退出。,Xueping Shen,56,Xueping Shen,57,1.創(chuàng)建一個(gè)Thread類的子類 2.在子類中將希望該線程做的工作寫到run()里面 3.生成該子類的一個(gè)對(duì)象 4.調(diào)用該對(duì)象的start()方法 class MyThread extends Threa