第十章多線程

第十章多線程第一頁，共五十八頁，2022年，8月28日本講內容10.1線程的概念10.2Java中多線程的編程10.3線程的同步與死鎖第二頁，共五十八頁，2022年，8月28日10.1線程的概念1.程序、進程和線程

1>程序是為完成特定任務、用某種語言編寫的一組指令的集合。指一段靜態(tài)的代碼。2>進程是程序的一次執(zhí)行過程，是系統(tǒng)進行調度和資源分配的一個獨立單位。3>進程中的一小段程序代碼稱為線程。第三頁，共五十八頁，2022年，8月28日2．線程的主要特點：1>不能以一個文件名的方式獨立存在在磁盤中；不能單獨執(zhí)行，只有在進程啟動后才可啟動；各線程間共享進程空間的數(shù)據(jù)（代碼與數(shù)據(jù)）.2>線程是比進程更小一級的執(zhí)行單元。3>一個進程在其執(zhí)行過程中，可以產(chǎn)生多個線程，形成多條執(zhí)行線索。4>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。5>一個線程有它自己的入口和出口，以及一個順序執(zhí)行的序列6>線程不能獨立存在，必須存在于進程中，線程—線程創(chuàng)建、銷毀和切換的負荷遠小于進程，又稱為輕量級進程（lightweightprocess）。系統(tǒng)負擔小，主要是CPU的分配。第四頁，共五十八頁，2022年，8月28日3.進程進程是正在運行的一個程序程序：靜態(tài)對象－－進程：動態(tài)過程操作系統(tǒng)為每個進程分配一段內存空間，包括：代碼、數(shù)據(jù)以及堆棧等資源多任務的操作系統(tǒng)（OS）中，進程切換對

CPU資源消耗較大第五頁，共五十八頁，2022年，8月28日4.多線程1>多線程是指同時存在幾個執(zhí)行體，按幾條不同的執(zhí)行線索共同工作的情況。2>多線程實現(xiàn)單個進程中的并發(fā)計算。3>各線程間共享進程空間的數(shù)據(jù)，并利用這些共享單元來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、實時通信與必要的同步操作。4>多線程的程序能更好地表述和解決現(xiàn)實世界的具體問題，是計算機應用開發(fā)和程序設計的一個必然發(fā)展趨勢。第六頁，共五十八頁，2022年，8月28日第七頁，共五十八頁，2022年，8月28日進程與多線程單線程多線程進程傳統(tǒng)進程多線程進程第八頁，共五十八頁，2022年，8月28日5.線程的調度調度策略時間片搶占式：高優(yōu)先級的線程搶占CPUJava的調度方法同優(yōu)先級線程組成先進先出隊列，使用時間片策略對高優(yōu)先級，使用優(yōu)先調度的搶占式策略12第九頁，共五十八頁，2022年，8月28日6.Java與多線程1>Java語言的一個重要功能特點:就是內置對多線程的支持，它使得編程人員可以很方便地開發(fā)出具有多線程功能，能同時處理多個任務的功能強大的應用程序。2>每個Java程序都有一個隱含的主線程每個Java程序都有一個主線程，對于APPLICATION程序，主線程是main()函數(shù)執(zhí)行的線索；對于Applet程序指揮瀏覽器加載并執(zhí)行Java小程序，要想實現(xiàn)多線程，必須在主線程中創(chuàng)建新的線程對象。3>線程的用途：利用它可以完成重復性的工作（如實現(xiàn)動畫、聲音等的播放）；從事一次性較費時的初始化工作（如網(wǎng)絡連接、聲音數(shù)據(jù)文件的加載，但對圖像文件*.gif、*.jpeg在java中自動地在后臺載入、因而可不必設計圖像載入的線程）；并行的執(zhí)行效果（一個進程多個線程）。第十頁，共五十八頁，2022年，8月28日6.線程的生命周期要想實現(xiàn)線程，必須在主線程中創(chuàng)建新的線程對象。Java語言使用Thread類及其子類的對象來表示線程，在它的一個完整的生命周期中通常要經(jīng)歷如下的五種狀態(tài)：1>新建：當一個Thread類或其子類的對象被聲明并創(chuàng)建時，新生

的線程對象處于新建狀態(tài)2>就緒：處于新建狀態(tài)的線程被啟動后，將進入線程隊列等待CPU時間片，此時它已具備了運行的條件3>運行：當就緒的線程被調度并獲得處理器資源時,便進入運行狀態(tài)，run()方法定義了線程的操作和功能4>阻塞：在某種特殊情況下，被人為掛起或執(zhí)行輸入輸出操作時，讓出CPU并臨時中止自己的執(zhí)行，進入阻塞狀態(tài)5>死亡：線程完成了它的全部工作或線程被提前強制性地中止stop()或destroy()線程死亡不具有繼續(xù)運行能力線程死亡有兩個原因：___正常執(zhí)行的線程完成它的全部工作，即執(zhí)行完run()方法的最后一句并退出___線程被強制終止，如stop()方法、destroy()方法第十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日線程的生命周期第十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日線程的生命周期（續(xù)）Newborn：線程已創(chuàng)建，但尚未執(zhí)行Runnable：（就緒）線程已被調度，按優(yōu)先級和先到先服務原則在隊列中排隊等待CPU時間片資源Runnnig：正在運行Blocked：（阻塞）因某事件或睡眠而被暫時性地掛起Dead：正常/強行中斷，退出運行狀態(tài)第十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日線程狀態(tài)新建狀態(tài)newThread(..)就緒狀態(tài)start()等待狀態(tài)執(zhí)行狀態(tài)I/Osleep()CPU調度run()結束stop()yield()消亡

I/O完成sleep時間到第十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日Java對多線程的支持提供對多線程的支持Thread類start(),stop(),run()Runnable接口實現(xiàn)多線程的兩種編程方法繼承Thread類實現(xiàn)Runnable接口第十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日Thread類Thread類綜合了Java程序中一個線程需要擁有的屬性和方法當生成一個Thread類的對象后，一個新的線程誕生了。每個線程都是通過目標對象的方法run()來完成其操作的。方法run()稱為線程體(線程方法)。提供線程體的目標對象是在初始化一個線程時指明的。任何實現(xiàn)了Runnable接口(實現(xiàn)run()方法)的類實例都可以作為線程的目標對象。第十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日方法之一：繼承Thread類Thread類的重要方法：run()定義線程的具體操作系統(tǒng)調度此線程時自動執(zhí)行初始時無具體操作內容如何編程呢？－繼承Thread類，定義run()方法第十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日Thread類java.lang包構造函數(shù)Thread();Thread(Stringthreadname);指定線程實例名線程的優(yōu)先級控制三個常量：

MAX_PRIORITY10;MIN_PRIORITY1;NORM_PRIORITY5;getPriority()返回線程優(yōu)先值

setPriority(intnewPriority)改變線程的優(yōu)先級線程創(chuàng)建時繼承父線程的優(yōu)先級第十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日Thread類的有關方法voidstart():由Newborn到Runnable啟動線程StringgetName():返回線程的名稱run():線程在被調度時執(zhí)行的操作staticvoidsleep(指定時間毫秒):令當前活動線程在指定時間段內放棄對CPU控制,使其他線程有機會被執(zhí)行,時間到后重排隊產(chǎn)生例外InterruptedException用try塊調用sleep()，用catch塊處理例外第十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日Thread類的有關方法(續(xù))suspend()：掛起線程，處于阻塞狀態(tài)resume()：恢復掛起的線程，重新進入就緒隊列排隊應用：可控制某線程的暫停與繼續(xù)方法：設一狀態(tài)變量suspendStatus=false(初始)暫停：if(!suspendStatus) {T.suspend();suspendStatus=true;}繼續(xù)：if(suspendStatus) {T.resume();suspendStatus=false;}第二十頁，共五十八頁，2022年，8月28日Thread類的有關方法(續(xù))staticvoidyield()：對正在執(zhí)行的線程若就緒隊列中有與當前線程同優(yōu)先級的排隊線程,則當前線程讓出CPU控制權,移到隊尾若隊列中沒有同優(yōu)先級的線程，忽略此方法stop():強制線程生命期結束booleanisAlive()：返回boolean,表明是否線程還存在staticcurrentThread():返回當前線程

第二十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日生成與運行線程–方法1MyThreadmt=newMyThread();mt.start();

classMyThreadextendsThread{publicvoidrun(){線程體…}}執(zhí)行run()方法第二十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日建立線程線程控制（虛擬CPU）線程代碼被操作數(shù)據(jù)Thread類的子類的實例(mt)Thread類的子類提供的run方法Thread子類實例(mt)第二十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日Thread類方法總結啟動線程：start()有關線程執(zhí)行的控制：stop()、suspend()、resume()有關調度控制Thread.sleep(10);//低優(yōu)先級的線程也可以獲得執(zhí)行Thread.yield();//同優(yōu)先級的線程可以獲得執(zhí)行suspend();//暫停本線程第二十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日方法之二：RunnableRunnable接口自定義類實現(xiàn)Runnable接口使用Thread類的另一構造函數(shù)：Thread(Runnable,String)用實現(xiàn)了Runnable接口的類的對象中所定義的run()方法,來覆蓋新創(chuàng)建的線程對象的run()方法使用start()啟動線程第二十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日方法之二：Runnable（續(xù)）例：classAimplementsRunnable{ publicvoidrun(){….}}classB{ publicstaticvoidmain(String[]arg){ Runnablea=newA(); Threadt=newThread(a); t.start(); } }第二十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日建立線程例publicclassThreadTest{publicstaticvoidmain(String[]args){Job1j=newJob1();Threadt1=newThread(j);t1.start();}}classJob1implementsRunnable{inti=1;publicvoidrun(){while(i<50){System.out.println(i++);}}}第二十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日建立線程線程控制（虛擬CPU）線程代碼被操作數(shù)據(jù)Thread的實例(t1)由實現(xiàn)了Runnable接口的類(Job1)提供—run方法實現(xiàn)Runnable接口的類(Job1)的實例(j)第二十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日

生成與運行線程–方法2

classMyRunimplementsRunnable{publicvoidrun(){線程體…}}

MyRunmr=newMyRun();Threadt1=newThread(mr);t1.start();//Thread實例用于線程控制適合于：定義run()方法的類必須是其他類或其他類的子類。第二十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日方法之二：Runnable（續(xù)）兩種方法的選擇當需要從其他類，如Applet類繼承時，使用Runnable接口當編寫簡單的程序時，可考慮使用繼承Thread類例：RaceApplet.java具體運行結果（線程調度）與平臺有關第三十頁，共五十八頁，2022年，8月28日publicclassRunnerextendsThread{//賽跑者線程類

publicinttick=1;publicvoidrun(){while(tick<40000000)tick++;}}//Runner.java//RaceApplet是一個實現(xiàn)了多線程的AppletpublicclassRaceAppletextendsAppletimplementsRunnable{finalstaticintNUMRUNNERS=2;//定義賽跑線程的個數(shù)

finalstaticintSPACING=20;

//聲明兩個賽跑線程

Runner[]runners=newRunner[NUMRUNNERS];

//聲明一個畫圖線程

ThreadupdateThread=null;第三十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日publicvoidinit(){//重載Applet的init()方法

for(inti=0;i<NUMRUNNERS;i++){runners[i]=newRunner();//創(chuàng)建賽跑線程線程

runners[i].setPriority(i+1);//設優(yōu)先級first=1,second=2}if(updateThread==null){

//創(chuàng)建繪圖線程，并設優(yōu)先級為3

updateThread=newThread(this,"ThreadRace");updateThread.setPriority(NUMRUNNERS+1);}addMouseListener(newMyAdapter());//注冊事件監(jiān)聽者}//endofinit()第三十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日

//內部事件監(jiān)聽者類，監(jiān)聽鼠標事件classMyAdapterextendsMouseAdapter{

//鼠標點擊后，開始賽跑及繪制線程

publicvoidmouseClicked(MouseEventevt){if(!updateThread.isAlive())updateThread.start();//啟動繪制線程

for(inti=0;i<NUMRUNNERS;i++){if(!runners[i].isAlive())runners[i].start();//啟動賽跑線程}}}//endofclassMyAdapter第三十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日publicvoidpaint(Graphicsg){//paint()方法中繪制框架

………}//endofpaint()//update()方法中繪制賽跑者的進度

publicvoidupdate(Graphicsg){for(inti=0;i<NUMRUNNERS;i++){//畫兩條線

g.drawLine(SPACING,(i+1)*SPACING,SPACING+(runners[i].tick)/100000,(i+1)*SPACING);}}//endofupdate()第三十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日publicvoidrun(){//實現(xiàn)Runnable接口的run()方法

while(true){repaint();//重新繪制，自動調用update()方法

try{Thread.sleep(10);//休眠,把執(zhí)行機會讓給低優(yōu)先級線程}catch(InterruptedExceptione){}}}//endofrun()publicvoidstop(){//重載Applet的stop()方法

for(inti=0;i<NUMRUNNERS;i++){if(runners[i].isAlive())runners[i]=null;//中止賽跑線程}

if(updateThread.isAlive())updateThread=null;//中止繪圖線程}//endofstop()}//RaceApplet.java第三十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日線程的同步與互斥問題的提出多個線程執(zhí)行的不確定性引起執(zhí)行結果的不穩(wěn)定

如線程A:A1－A2 線程B:B1－B2多個線程對內存、數(shù)據(jù)的共享，會造成操作的不完整性，會破壞數(shù)據(jù)。如push(a):i++;num[i]=a;pop():取出num[i];i--;第三十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日線程的同步與互斥問題的解決同步:用synchronized關鍵字前綴給針對共享資源的操作加鎖；同步方法、同步塊

synchronizedvoidpush();synchronizedintpop();臨界區(qū)實現(xiàn)機制：管程第三十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日線程的同步與互斥對象互斥鎖在Java中，每個對象有一個“互斥鎖”，該鎖可用來保證在同一時刻只能有一個線程訪問該對象。鎖的使用過程（當一個線程要操作一個對象時）準備加鎖對象是否已加鎖加鎖進入臨界區(qū)執(zhí)行操作解鎖否是第三十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日線程的同步與互斥加鎖1(臨界區(qū)-方法）

synchronized方法名{…}進入該方法時加鎖加鎖2（臨界區(qū)-代碼塊）方法名{

….synchronized(this){…}//進入該代碼段時加鎖

….}一個線程為某對象加鎖后，便對該對象具有了監(jiān)控權。第三十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日線程的同步與互斥線程間需協(xié)調與通訊：生產(chǎn)者/消費者問題進隊出隊生產(chǎn)者消費者第四十頁，共五十八頁，2022年，8月28日線程的同步與互斥wait()與notify()Object類的方法：publicfinalvoidwait()：令當前線程掛起并放棄管程，同步資源解鎖，使別的線程可訪問并修改共享資源，而當前線程排隊等候再次對資源的訪問notify()喚醒正在排隊等待資源管程的線程中優(yōu)先級最高者，使之執(zhí)行并擁有資源的管程wait()+notify()+標志變量：可協(xié)調、同步不同線程的工作第四十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日線程的同步與互斥主線程線程1()線程2()操作對象共享數(shù)據(jù)(隊)synchronized同步方法1(生產(chǎn))wait()notify()synchronized同步方法2(消費)wait()notify()第四十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日線程的同步與互斥

publicfinalvoidwait()

方法在當前線程中調用方法：對象名.wait()使當前線程進入等待（某對象）狀態(tài)，直到另一線程對該對象發(fā)出notify(或notifyAll)為止。調用方法的必要條件：當前線程必須具有對該對象的監(jiān)控權（加鎖）當前線程將釋放對象監(jiān)控權，然后進入等待隊列（wait隊列）。在當前線程被notify后，要重新獲得監(jiān)控權，然后從斷點處繼續(xù)代碼的執(zhí)行。第四十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日線程的同步與互斥

publicfinalvoidnotify()

方法在當前線程中調用方法：對象名.notify()功能：喚醒等待該對象監(jiān)控權的一個線程。調用方法的必要條件：當前線程必須具有對該對象的監(jiān)控權（加鎖）

notifyAll()喚醒wait隊列中的所有線程，并把它門移入鎖申請隊列。第四十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日線程狀態(tài)新建狀態(tài)就緒狀態(tài)start()等待狀態(tài)執(zhí)行狀態(tài)CPU調度run()結束消亡等待狀態(tài)對象wait()池等待狀態(tài)對象lock池wait()notify()synchronized()解鎖

sleep()join()yield()第四十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日線程調度publicstaticvoidsleep(long

millis)

當前進程休眠指定時間publicstaticvoidyield()

主動讓出CPU，重新排隊正在執(zhí)行的線程將CPU讓給其他具有相同優(yōu)先級的線程，自己進入就緒狀態(tài)重新排隊publicfinalvoidjoin()

等待某線程結束第四十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日等待另一線程結束Runnableot=newotheeThread();Threadtt=newThread(ot);tt.start();…//執(zhí)行自己的工作

try{tt.join();}catch(interruptedExceptione){}….//繼續(xù)做自己的事第四十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日終止線程publicclassRimplementRunnable{privatebooleantimeToQuit=false;//設標記

publicvoidrun(){while(!timeToQuit){…}}publicvoidstopRunning(){timeToQuit=true;}}publicclasstest{publicstaticvoidmain(String[]args){Runnabler=newR();Threadt=newThread(r);t.start();if(…)r.stopRunning();}}第四十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日線程的同步與互斥Wait_Notify程序CubbyHole.java創(chuàng)建用戶的線程子類Producer:產(chǎn)生數(shù)據(jù)（存數(shù)據(jù)）;Consumer:消費數(shù)據(jù)（取數(shù)據(jù)）CubbyHole類，共享數(shù)據(jù)區(qū)，同步方法put(intvalue)方法intget()方法主類中創(chuàng)建共享數(shù)據(jù)對象，并啟動兩線程第四十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日classCubbyHole{privateintseq;//共享數(shù)據(jù)

privatebooleanavailable=false;//條件標志變量

publicsynchronizedintget(){//取數(shù)據(jù)的同步方法get() while(available==false){ try{ wait();//條件不符合，則wait }catch(InterruptedExceptione){} } available=false;//修改條件

notify();//通知喚醒其他等待管程的線程

returnseq;//返回要取出的數(shù)值}//endofget()第五十頁，共五十八頁，2022年，8月28日//存放數(shù)據(jù)的同步方法put()publicsynchronizedvoidput(intvalue){ while(available==true){ try{ wait();//條件不符合，則wait }catch(InterruptedExceptione){} } seq=value;//把共享變量修改為要放置的數(shù)據(jù)

available=true;//修改條件

notify();//通知喚醒其他等待管程的線程}//endofput()}//endofclassCubbyHole第五十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日classProducerextendsThread{//生產(chǎn)者線程類

privateCubbyHolecubbyhole;privateintnumber;publicProducer(CubbyHolec,intnumber){cubbyhole=c;this.number=number;}publicvoidrun(){//定義run()方法

for(inti=0;i<10;i++){//共產(chǎn)生10個cubbyhole.put(i);

System.out.println("Producer#"+this.number+"put:"+i);try{sleep((int)(Math.random()*100));