Java 多線程編程

Java給多線程編程提供了內(nèi)置的支持。一個(gè)多線程程序包含兩個(gè)或多個(gè)能并發(fā)運(yùn)行的部分。程序的每一部分都稱作一個(gè)線程，并且每個(gè)線程定義了一個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行路徑。

多線程是多任務(wù)的一種特別的形式。多線程比多任務(wù)需要更小的開(kāi)銷。

這里定義和線程相關(guān)的另一個(gè)術(shù)語(yǔ)：進(jìn)程：一個(gè)進(jìn)程包括由操作系統(tǒng)分配的內(nèi)存空間，包含一個(gè)或多個(gè)線程。一個(gè)線程不能獨(dú)立的存在，它必須是進(jìn)程的一部分。一個(gè)進(jìn)程一直運(yùn)行，直到所有的非守候線程都結(jié)束運(yùn)行后才能結(jié)束。

多線程能滿足程序員編寫(xiě)非常有效率的程序來(lái)達(dá)到充分利用CPU的目的，因?yàn)镃PU的空閑時(shí)間能夠保持在最低限度。

一個(gè)線程的生命周

線程經(jīng)過(guò)其生命周期的各個(gè)階段。下圖顯示了一個(gè)線程完整的生命周期。

• 新?tīng)顟B(tài): 一個(gè)新產(chǎn)生的線程從新?tīng)顟B(tài)開(kāi)始了它的生命周期。它保持這個(gè)狀態(tài)知道程序start這個(gè)線程。

• 運(yùn)行狀態(tài):當(dāng)一個(gè)新?tīng)顟B(tài)的線程被start以后，線程就變成可運(yùn)行狀態(tài)，一個(gè)線程在此狀態(tài)下被認(rèn)為是開(kāi)始執(zhí)行其任務(wù)

• 就緒狀態(tài):當(dāng)一個(gè)線程等待另外一個(gè)線程執(zhí)行一個(gè)任務(wù)的時(shí)候，該線程就進(jìn)入就緒狀態(tài)。當(dāng)另一個(gè)線程給就緒狀態(tài)的線程發(fā)送信號(hào)時(shí)，該線程才重新切換到運(yùn)行狀態(tài)。

• 休眠狀態(tài): 由于一個(gè)線程的時(shí)間片用完了，該線程從運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)時(shí)間間隔到期或者等待的時(shí)間發(fā)生了，該狀態(tài)的線程切換到運(yùn)行狀態(tài)。

• 終止?fàn)顟B(tài): 一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)的線程完成任務(wù)或者其他終止條件發(fā)生，該線程就切換到終止?fàn)顟B(tài)。

線程的優(yōu)先級(jí)

每一個(gè)Java線程都有一個(gè)優(yōu)先級(jí)，這樣有助于操作系統(tǒng)確定線程的調(diào)度順序。Java優(yōu)先級(jí)在MIN_PRIORITY（1）和MAX_PRIORITY（10）之間的范圍內(nèi)。默認(rèn)情況下，每一個(gè)線程都會(huì)分配一個(gè)優(yōu)先級(jí)NORM_PRIORITY（5）。

具有較高優(yōu)先級(jí)的線程對(duì)程序更重要，并且應(yīng)該在低優(yōu)先級(jí)的線程之前分配處理器時(shí)間。然而，線程優(yōu)先級(jí)不能保證線程執(zhí)行的順序，而且非常依賴于平臺(tái)。

創(chuàng)建一個(gè)線程

Java提供了兩種創(chuàng)建線程方法：

• 通過(guò)實(shí)現(xiàn)Runable接口；

• 通過(guò)繼承Thread類本身。

通過(guò)實(shí)現(xiàn)Runnable接口來(lái)創(chuàng)建線程

創(chuàng)建一個(gè)線程，最簡(jiǎn)單的方法是創(chuàng)建一個(gè)實(shí)現(xiàn)Runnable接口的類。

為了實(shí)現(xiàn)Runnable，一個(gè)類只需要執(zhí)行一個(gè)方法調(diào)用run()，聲明如下：

public void run()

你可以重寫(xiě)該方法，重要的是理解的run()可以調(diào)用其他方法，使用其他類，并聲明變量，就像主線程一樣。

在創(chuàng)建一個(gè)實(shí)現(xiàn)Runnable接口的類之后，你可以在類中實(shí)例化一個(gè)線程對(duì)象。

Thread定義了幾個(gè)構(gòu)造方法，下面的這個(gè)是我們經(jīng)常使用的：

Thread(Runnable threadOb,String threadName);

這里，threadOb 是一個(gè)實(shí)現(xiàn)Runnable 接口的類的實(shí)例，并且 threadName指定新線程的名字。

新線程創(chuàng)建之后，你調(diào)用它的start()方法它才會(huì)運(yùn)行。

void start();

實(shí)例

下面是一個(gè)創(chuàng)建線程并開(kāi)始讓它執(zhí)行的實(shí)例：

// 創(chuàng)建一個(gè)新的線程
class NewThread implements Runnable {
   Thread t;
   NewThread() {
      // 創(chuàng)建第二個(gè)新線程
      t = new Thread(this, "Demo Thread");
      System.out.println("Child thread: " + t);
      t.start(); // 開(kāi)始線程
   }
  
   // 第二個(gè)線程入口
   public void run() {
      try {
         for(int i = 5; i > 0; i--) {
            System.out.println("Child Thread: " + i);
            // 暫停線程
            Thread.sleep(50);
         }
     } catch (InterruptedException e) {
         System.out.println("Child interrupted.");
     }
     System.out.println("Exiting child thread.");
   }
}
 
public class ThreadDemo {
   public static void main(String args[]) {
      new NewThread(); // 創(chuàng)建一個(gè)新線程
      try {
         for(int i = 5; i > 0; i--) {
           System.out.println("Main Thread: " + i);
           Thread.sleep(100);
         }
      } catch (InterruptedException e) {
         System.out.println("Main thread interrupted.");
      }
      System.out.println("Main thread exiting.");
   }
}

編譯以上程序運(yùn)行結(jié)果如下：

Child thread: Thread[Demo Thread,5,main]
Main Thread: 5
Child Thread: 5
Child Thread: 4
Main Thread: 4
Child Thread: 3
Child Thread: 2
Main Thread: 3
Child Thread: 1
Exiting child thread.
Main Thread: 2
Main Thread: 1
Main thread exiting.

通過(guò)繼承Thread來(lái)創(chuàng)建線程

創(chuàng)建一個(gè)線程的第二種方法是創(chuàng)建一個(gè)新的類，該類繼承Thread類，然后創(chuàng)建一個(gè)該類的實(shí)例。

繼承類必須重寫(xiě)run()方法，該方法是新線程的入口點(diǎn)。它也必須調(diào)用start()方法才能執(zhí)行。

實(shí)例

// 通過(guò)繼承 Thread 創(chuàng)建線程
class NewThread extends Thread {
   NewThread() {
      // 創(chuàng)建第二個(gè)新線程
      super("Demo Thread");
      System.out.println("Child thread: " + this);
      start(); // 開(kāi)始線程
   }
 
   // 第二個(gè)線程入口
   public void run() {
      try {
         for(int i = 5; i > 0; i--) {
            System.out.println("Child Thread: " + i);
                            // 讓線程休眠一會(huì)
            Thread.sleep(50);
         }
      } catch (InterruptedException e) {
         System.out.println("Child interrupted.");
      }
      System.out.println("Exiting child thread.");
   }
}
 
public class ExtendThread {
   public static void main(String args[]) {
      new NewThread(); // 創(chuàng)建一個(gè)新線程
      try {
         for(int i = 5; i > 0; i--) {
            System.out.println("Main Thread: " + i);
            Thread.sleep(100);
         }
      } catch (InterruptedException e) {
         System.out.println("Main thread interrupted.");
      }
      System.out.println("Main thread exiting.");
   }
}

編譯以上程序運(yùn)行結(jié)果如下：

Child thread: Thread[Demo Thread,5,main]
Main Thread: 5
Child Thread: 5
Child Thread: 4
Main Thread: 4
Child Thread: 3
Child Thread: 2
Main Thread: 3
Child Thread: 1
Exiting child thread.
Main Thread: 2
Main Thread: 1
Main thread exiting.

Thread 方法

下表列出了Thread類的一些重要方法：

測(cè)試線程是否處于活動(dòng)狀態(tài)。 上述方法是被Thread對(duì)象調(diào)用的。下面的方法是Thread類的靜態(tài)方法。

實(shí)例

如下的ThreadClassDemo 程序演示了Thread類的一些方法：

// 文件名 : DisplayMessage.java
// 通過(guò)實(shí)現(xiàn) Runnable 接口創(chuàng)建線程
public class DisplayMessage implements Runnable
{
   private String message;
   public DisplayMessage(String message)
   {
      this.message = message;
   }
   public void run()
   {
      while(true)
      {
         System.out.println(message);
      }
   }
}

// 文件名 : GuessANumber.java
// 通過(guò)繼承 Thread 類創(chuàng)建線程

public class GuessANumber extends Thread
{
   private int number;
   public GuessANumber(int number)
   {
      this.number = number;
   }
   public void run()
   {
      int counter = 0;
      int guess = 0;
      do
      {
          guess = (int) (Math.random() * 100 + 1);
          System.out.println(this.getName()
                       + " guesses " + guess);
          counter++;
      }while(guess != number);
      System.out.println("** Correct! " + this.getName()
                       + " in " + counter + " guesses.**");
   }
}

// 文件名 : ThreadClassDemo.java
public class ThreadClassDemo
{
   public static void main(String [] args)
   {
      Runnable hello = new DisplayMessage("Hello");
      Thread thread1 = new Thread(hello);
      thread1.setDaemon(true);
      thread1.setName("hello");
      System.out.println("Starting hello thread...");
      thread1.start();
     
      Runnable bye = new DisplayMessage("Goodbye");
      Thread thread2 = new Thread(bye);
      thread2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
      thread2.setDaemon(true);
      System.out.println("Starting goodbye thread...");
      thread2.start();
 
      System.out.println("Starting thread3...");
      Thread thread3 = new GuessANumber(27);
      thread3.start();
      try
      {
         thread3.join();
      }catch(InterruptedException e)
      {
         System.out.println("Thread interrupted.");
      }
      System.out.println("Starting thread4...");
      Thread thread4 = new GuessANumber(75);
     
           thread4.start();
      System.out.println("main() is ending...");
   }
}

運(yùn)行結(jié)果如下，每一次運(yùn)行的結(jié)果都不一樣。

Starting hello thread...
Starting goodbye thread...
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Starting thread3...
Hello
Hello
Starting thread4...
Hello
Hello
main() is ending...

線程的幾個(gè)主要概念:

在多線程編程時(shí)，你需要了解以下幾個(gè)概念：

• 線程同步

• 線程間通信

• 線程死鎖

• 線程控制：掛起、停止和恢復(fù)

多線程的使用

有效利用多線程的關(guān)鍵是理解程序是并發(fā)執(zhí)行而不是串行執(zhí)行的。例如：程序中有兩個(gè)子系統(tǒng)需要并發(fā)執(zhí)行，這時(shí)候就需要利用多線程編程。

通過(guò)對(duì)多線程的使用，可以編寫(xiě)出非常高效的程序。不過(guò)請(qǐng)注意，如果你創(chuàng)建太多的線程，程序執(zhí)行的效率實(shí)際上是降低了，而不是提升了。

請(qǐng)記住，上下文的切換開(kāi)銷也很重要，如果你創(chuàng)建了太多的線程，CPU花費(fèi)在上下文的切換的時(shí)間將多于執(zhí)行程序的時(shí)間！