《PHP》課件模塊八 多線程

本模塊通過3個(gè)任務(wù)主要介紹線程的概念、線程的創(chuàng)建、線程的生命周期及狀態(tài)轉(zhuǎn)換、線程的調(diào)度、多線程同步以及線程通信。模塊介紹思維導(dǎo)圖教學(xué)大綱能力目標(biāo)◎會(huì)使用多種方式創(chuàng)建線程◎會(huì)使用線程同步優(yōu)化程序◎會(huì)使用多線程通信完成要求功能知識(shí)目標(biāo)◎了解多線程的概念◎掌握多線程創(chuàng)建的方式◎理解線程的生命周期及狀態(tài)轉(zhuǎn)換◎掌握線程的調(diào)度◎掌握多線程同步◎掌握多線程通信教學(xué)大綱學(xué)習(xí)重點(diǎn)◎多線程的創(chuàng)建◎線程的同步學(xué)習(xí)難點(diǎn)◎多線程通信任務(wù)8.1多窗口售票程序設(shè)計(jì)任務(wù)目標(biāo)了解多線程的概念掌握多線程創(chuàng)建的方式任務(wù)8.1多窗口售票程序設(shè)計(jì)任務(wù)描述要求程序?qū)崿F(xiàn)開啟多個(gè)窗口售票，運(yùn)行效果如下圖所示：圖8-1任務(wù)1運(yùn)行效果圖任務(wù)8.1多窗口售票程序設(shè)計(jì)知識(shí)準(zhǔn)備8.1.1線程概述

前面所有的案例程序都是從main()方法入口開始執(zhí)行到程序結(jié)束，整個(gè)過程只能順序執(zhí)行，如果程序在某個(gè)地方出現(xiàn)問題，則程序就會(huì)崩潰。這種程序因?yàn)槭菃尉€程的，比較脆弱和局限，如果用來實(shí)現(xiàn)售票程序，則相當(dāng)于只能開啟一個(gè)售票窗口進(jìn)行售票。如果我們需要開啟多個(gè)窗口售票，則需要使用多線程技術(shù)。

在程序設(shè)計(jì)中，多線程就是指一個(gè)應(yīng)用程序中有多條并發(fā)執(zhí)行的線程，它們交替執(zhí)行，且彼此間可以通信。任務(wù)8.1多窗口售票程序設(shè)計(jì)圖7-2I/O流的頂層類1.進(jìn)程的概念

在操作系統(tǒng)中，每個(gè)獨(dú)立執(zhí)行的程序都可稱之為一個(gè)進(jìn)程。例如同時(shí)運(yùn)行微信、QQ、音樂播放軟件等。

在多任務(wù)操作系統(tǒng)中，我們可以一邊聽音樂，一邊處理郵件，但實(shí)際上這些進(jìn)程并不是在同一時(shí)刻運(yùn)行的。因?yàn)橥粫r(shí)刻CPU只能運(yùn)行一個(gè)進(jìn)程，是操作系統(tǒng)為每一個(gè)進(jìn)程分配一段有限的CPU使用時(shí)間片段，每個(gè)CPU時(shí)間片段執(zhí)行一個(gè)進(jìn)程，由于CPU速度很快，可以在極短的時(shí)間內(nèi)在不同進(jìn)程間切換，給我們的感覺就是多個(gè)程序同時(shí)運(yùn)行。任務(wù)8.1多窗口售票程序設(shè)計(jì)圖7-2I/O流的頂層類2.線程的概念

在多任務(wù)操作系統(tǒng)中，在一個(gè)進(jìn)程中可以有多個(gè)執(zhí)行單元同時(shí)運(yùn)行，來完成程序任務(wù)，這些并行執(zhí)行的單元就是線程。每個(gè)進(jìn)程至少存在一個(gè)線程，但Java程序啟動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)程，進(jìn)程中會(huì)默認(rèn)創(chuàng)建一個(gè)線程，在這個(gè)線程中會(huì)運(yùn)行main()方法中的代碼。

如果希望程序中實(shí)現(xiàn)多段程序代碼交替運(yùn)行，則需要?jiǎng)?chuàng)建多個(gè)線程，即多線程程序。多線程程序在運(yùn)行時(shí)，每個(gè)線程之間都是獨(dú)立的，可以并發(fā)執(zhí)行，可以互相通信。表面上看多線程是并發(fā)執(zhí)行的，實(shí)際上它們和進(jìn)程一樣，也是輪流使用CPU時(shí)間片段執(zhí)行的，只是因?yàn)镃PU速度很快，且每個(gè)時(shí)間片段極短，給我們的感覺是多線程并行執(zhí)行。任務(wù)8.1多窗口售票程序設(shè)計(jì)8.1.2線程的創(chuàng)建在Java語言中，可以使用三種方式來實(shí)現(xiàn)多線程：繼承Thread類實(shí)現(xiàn)Runnable接口實(shí)現(xiàn)Callable接口任務(wù)8.1多窗口售票程序設(shè)計(jì)Thread類實(shí)現(xiàn)多線程說明：在java.lang包下有一個(gè)線程類Thread，可以通過繼承Thread類來實(shí)現(xiàn)多線程。步驟：1）首先需要先創(chuàng)建一個(gè)自定義的子線程類，繼承自Thread類，同時(shí)需要重寫Thread類的run()方法。2）然后創(chuàng)建子線程類的實(shí)例對(duì)象；3）并調(diào)用類的start()方法啟動(dòng)子線程。案例：例8-1Example8_1.java任務(wù)8.1多窗口售票程序設(shè)計(jì)Thread類實(shí)現(xiàn)多線程案例：例8-1Example8_1.java//自定義一個(gè)子線程類，繼承自Thread類

classMyThreadextendsThread{

//構(gòu)造方法，初始化子線程名

publicMyThread(Stringname){

super(name);

}

//重寫run()方法，方法內(nèi)是子線程要執(zhí)行的語句

publicvoidrun(){

for(inti=0;i<5;i++){

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":子線程在運(yùn)行");

}

}

}

任務(wù)8.1多窗口售票程序設(shè)計(jì)2.Runnable接口實(shí)現(xiàn)多線程說明：Java只支持類的單繼承，一旦某個(gè)類已經(jīng)繼承了其他父類，則無法再繼承Thread類來實(shí)現(xiàn)多線程。這種情況下，就可以通過實(shí)現(xiàn)Runnable接口來實(shí)現(xiàn)多線程。步驟：1）創(chuàng)建Runnable接口的實(shí)現(xiàn)類，重寫接口的run()方法；2）創(chuàng)建Runnable接口的實(shí)現(xiàn)類對(duì)象；3）創(chuàng)建線程實(shí)例；4)調(diào)用start()方法啟動(dòng)線程。案例：例8-2Example8_2.java任務(wù)8.1多窗口售票程序設(shè)計(jì)2.Runnable接口實(shí)現(xiàn)多線程案例：例8-2Example8_2.java//定義Runnable接口的實(shí)現(xiàn)類classMyRunnableimplementsRunnable{//重寫接口的run()方法@Overridepublicvoidrun(){for(inti=0;i<5;i++){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":子線程在運(yùn)行");}}}任務(wù)8.1多窗口售票程序設(shè)計(jì)3.Callable接口實(shí)現(xiàn)多線程說明：通過實(shí)現(xiàn)Runnable接口來實(shí)現(xiàn)多線程時(shí)，由于run()方法沒有返回值，因此無法從子線程獲得返回結(jié)果。從JDK5開始，Java提供了Callable接口用來實(shí)現(xiàn)多線程，該實(shí)現(xiàn)可以從子線程獲取返回值的需求。使用Callable接口實(shí)現(xiàn)多線程需要用到類FutureTask，構(gòu)造線程對(duì)象的時(shí)候傳遞的是FutureTask類對(duì)象而不再是接口的實(shí)現(xiàn)類對(duì)象。步驟：1）創(chuàng)建Callable接口的實(shí)現(xiàn)類，重寫接口的call()方法；2）創(chuàng)建Callable接口的實(shí)現(xiàn)類對(duì)象；3）使用類FutureTask先封裝Callable接口實(shí)現(xiàn)類對(duì)象得到FutureTask類對(duì)象；4)使用Tread類創(chuàng)建線程實(shí)例，傳遞參數(shù)為FutureTask類對(duì)象；5)調(diào)用start()方法啟動(dòng)線程。任務(wù)8.1多窗口售票程序設(shè)計(jì)3.Callable接口實(shí)現(xiàn)多線程案例：例8-3Example8_3.java//定義Callable接口的實(shí)現(xiàn)類classMyCallableimplementsCallable{//重寫重寫接口的call()方法@OverridepublicObjectcall()throwsException{inti=0;for(;i<3;i++){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+

":子線程call()方法在運(yùn)行");}returni;}}任務(wù)實(shí)施根據(jù)任務(wù)分析可知：（1）售票廳有3個(gè)窗口可發(fā)售某日某次車的50張車票；（2）這50張車票可以看做共享資源；（3）3個(gè)售票窗口相當(dāng)于3個(gè)線程。由于沒有要求售票子線程返回結(jié)果，故既可以使用前面學(xué)習(xí)的類Thread來實(shí)現(xiàn)多窗口售票程序，也可以使用接口Runnable來實(shí)現(xiàn)多窗口售票程序。任務(wù)8.1多窗口售票程序設(shè)計(jì)任務(wù)8.1多窗口售票程序設(shè)計(jì)任務(wù)實(shí)現(xiàn)方法1：繼承類Thread來實(shí)現(xiàn)多窗口售票程序Auto_Ticketing.java//自定義一個(gè)子線程類，繼承自Thread類classTicketWindowextendsThread{privateinttickets=50;//構(gòu)造方法，初始化子線程名publicTicketWindow(Stringname){super(name);}@Overridepublicvoidrun(){//重寫方法run()while(tickets>0){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在銷售第"+tickets--+"張票");}}}publicclassAuto_Ticketing{publicstaticvoidmain(String[]args){//創(chuàng)建子線程類TicketWindow的實(shí)例對(duì)象1TicketWindowticketWindow1=newTicketWindow("售票窗口1");ticketWindow1.start();//啟動(dòng)線程//創(chuàng)建子線程類TicketWindow的實(shí)例對(duì)象2TicketWindowticketWindow2=newTicketWindow("售票窗口2");ticketWindow2.start();//啟動(dòng)線程//創(chuàng)建子線程類TicketWindow的實(shí)例對(duì)象3TicketWindowticketWindow3=newTicketWindow("售票窗口3");ticketWindow3.start();//啟動(dòng)線程}}存在問題：每個(gè)窗口各自銷售50張票，運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：任務(wù)8.1多窗口售票程序設(shè)計(jì)任務(wù)實(shí)現(xiàn)方法2：實(shí)現(xiàn)接口Runnable來實(shí)現(xiàn)多窗口售票程序Auto_Ticketing2.javaclassTicketWindow_RunableimplementsRunnable{privateinttickets=50;//實(shí)現(xiàn)接口方法run()publicvoidrun(){while(tickets>0){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在銷售第"+tickets--+"張票");}}}

publicclassAuto_Ticketing2{publicstaticvoidmain(String[]args){//創(chuàng)建子線程類TicketWindow_Runable的實(shí)例對(duì)象TicketWindow_RunableticketWindow=newTicketWindow_Runable();//創(chuàng)建三個(gè)子線程用于售票newThread(ticketWindow,"售票窗口1").start();newThread(ticketWindow,"售票窗口2").start();newThread(ticketWindow,"售票窗口3").start();}}任務(wù)8.1多窗口售票程序設(shè)計(jì)兩種任務(wù)實(shí)現(xiàn)方式對(duì)比：

通過以上兩行不同的實(shí)現(xiàn)售票程序的方式，可以看到通過實(shí)現(xiàn)Runnable接口方式相對(duì)于繼承Thread方式實(shí)現(xiàn)多線程來說有一定的優(yōu)勢(shì)：（1）接口方式可以避免類的單繼承帶來的局限性；（2）接口方式更適合多個(gè)子線程處理共享資源的情況。實(shí)踐訓(xùn)練按要求完成如下程序。（1）實(shí)現(xiàn)三個(gè)同學(xué)分吃10塊蛋糕的應(yīng)用；

（2）顯示分吃過程，例如:“同學(xué)A分吃了蛋糕10”“同學(xué)B分吃了蛋糕9”等。任務(wù)8.1多窗口售票程序設(shè)計(jì)任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序任務(wù)2目標(biāo)了解線程的生命周期及狀態(tài)轉(zhuǎn)換掌握線程的調(diào)度掌握多線程同步任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序任務(wù)2描述

在實(shí)際多窗口售票過程中，每個(gè)窗口售票都需要耗費(fèi)一定的時(shí)間，所以每個(gè)售票窗口的線程是有延遲的。任務(wù)需要模擬線程的延遲，并確保在線程有延遲的情況下，售票可以正常進(jìn)行，所售總票數(shù)修改為20張，運(yùn)行效果如圖8-7所示。圖8-7任務(wù)2運(yùn)行效果圖任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序知識(shí)準(zhǔn)備8.2.1概述線程的生命周期及狀態(tài)轉(zhuǎn)換Java線程的生命周期中包含6種狀態(tài)，這六種狀態(tài)存放在Thread類的內(nèi)部類State中，線程狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換可以看圖8-8所示。圖8-8線程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序8.2.1概述線程的生命周期及狀態(tài)轉(zhuǎn)換下面對(duì)線程的6種狀態(tài)做詳細(xì)講解。新建狀態(tài)（NEW）：當(dāng)程序使用new關(guān)鍵字創(chuàng)建了一個(gè)線程對(duì)象后，該線程就處于新建狀態(tài)，此時(shí)JVM會(huì)為其分配內(nèi)存，并初始化對(duì)象的成員變量?？蛇\(yùn)行狀態(tài)（RUNNABLE）：當(dāng)線程對(duì)象調(diào)用了start()方法之后，該線程就進(jìn)入可運(yùn)行狀態(tài)。Java虛擬機(jī)會(huì)為其創(chuàng)建方法調(diào)用棧和程序計(jì)數(shù)器，等待調(diào)度運(yùn)行?？蛇\(yùn)行狀態(tài)又細(xì)分為兩種狀態(tài)：就緒狀態(tài)(READY)和運(yùn)行狀態(tài)(RUNNING),線程根據(jù)能否獲得CPU執(zhí)行時(shí)間在就緒和運(yùn)行狀態(tài)間轉(zhuǎn)換。就緒狀態(tài)：線程對(duì)象調(diào)用了start()方法后，該線程并沒有立刻運(yùn)行，要等待JVM(Java虛擬機(jī))的調(diào)度，此時(shí)就是就緒狀態(tài)，相當(dāng)于“等待執(zhí)行”。運(yùn)行狀態(tài)：當(dāng)線程對(duì)象獲得JVM調(diào)度，也就是獲得CPU使用權(quán)后即轉(zhuǎn)換為運(yùn)行狀態(tài)，開始執(zhí)行run()方法或call()方法的線程執(zhí)行體。任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序8.2.1概述線程的生命周期及狀態(tài)轉(zhuǎn)換阻塞狀態(tài)（BLOCKED）：當(dāng)處于運(yùn)行狀態(tài)的線程失去所占用資源之后，便停止運(yùn)行進(jìn)入阻塞狀態(tài)。阻塞狀態(tài)的線程只有先進(jìn)入就緒狀態(tài)，才能有機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)換進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。線程進(jìn)入阻塞狀態(tài)通常是由兩種原因產(chǎn)生的：線程運(yùn)行過程中，獲取同步鎖失??；線程運(yùn)行過程中，發(fā)出I/O請(qǐng)求時(shí)；無限期等待狀態(tài)（WAITING）：處于這種狀態(tài)的線程不會(huì)被分配CPU執(zhí)行時(shí)間，它們要等待被其他線程顯式地喚醒。以下方法會(huì)讓線程陷入無限期的等待狀態(tài)：沒有設(shè)置Timeout參數(shù)的Object.wait()方法沒有設(shè)置Timeout參數(shù)的Object.join()方法任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序8.2.1概述線程的生命周期及狀態(tài)轉(zhuǎn)換限期等待狀態(tài)（TIMED_WAITING）：處于這種狀態(tài)的線程也不會(huì)被分配CPU執(zhí)行時(shí)間，不過無須等待其他線程顯式地喚醒，在一定時(shí)間之后它們會(huì)由系統(tǒng)自動(dòng)喚醒并進(jìn)入可運(yùn)行時(shí)狀態(tài)的就緒狀態(tài)。以下方法會(huì)讓線程進(jìn)入限期等待狀態(tài)：設(shè)置了Timeout參數(shù)的Object.wait(longmillis)方法設(shè)置了Timeout參數(shù)的Object.sleep(longmillis)方法設(shè)置了Timeout參數(shù)的Object.join(longmillis)方法終止?fàn)顟B(tài)（TERMINATED）：線程執(zhí)行完了或者因異常退出了run()方法或call()方法，該線程就進(jìn)入終止?fàn)顟B(tài)，生命周期結(jié)束。任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序8.2.2線程的調(diào)度

程序中的多個(gè)線程看起來是并發(fā)執(zhí)行的，但實(shí)際上并一定是同一時(shí)刻執(zhí)行。線程要執(zhí)行，必須先獲得CPU使用權(quán)，Java虛擬機(jī)會(huì)按照特定的機(jī)制為程序中的線程分配CPU的使用權(quán)，這種機(jī)制稱為線程的調(diào)度。

線程調(diào)度有兩種模型：分時(shí)調(diào)度模型：讓所有的線程輪流獲得CPU的使用權(quán)，并且平均分配每個(gè)線程占用的CPU時(shí)間片。搶占式調(diào)度模型：讓可運(yùn)行池中所有就緒狀態(tài)的線程爭(zhēng)搶CPU的使用權(quán)，高優(yōu)先級(jí)的線程獲取CPU使用權(quán)的概率大于低優(yōu)先級(jí)的線程。下面圍繞線程調(diào)度進(jìn)行詳細(xì)的講解。任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序8.2.2.1線程的優(yōu)先級(jí)

如果要對(duì)線程進(jìn)行調(diào)度，最直接的方式是設(shè)置線程的優(yōu)先級(jí)。優(yōu)先級(jí)高的線程獲得CPU使用權(quán)的機(jī)會(huì)大于優(yōu)先級(jí)低的線程。

在Java中設(shè)置線程的優(yōu)先級(jí)可使用Thread類的方法setPriority(intnewPriority)，線程的優(yōu)先級(jí)可以設(shè)置為1—10之間的整數(shù)，數(shù)字越大代表優(yōu)先級(jí)越高；除了使用數(shù)字，Thread類還提供了三個(gè)優(yōu)先級(jí)靜態(tài)常量表示線程的優(yōu)先級(jí)：MAX_PRIORITY=10，最高優(yōu)先級(jí)MIN_PRIORITY=1，最低優(yōu)先級(jí)NORM_PRIORITY=5，默認(rèn)優(yōu)先級(jí)

如果沒有設(shè)置線程的優(yōu)先級(jí)，則線程具有默認(rèn)優(yōu)先級(jí)，主線程默認(rèn)優(yōu)先級(jí)為5，如果A線程創(chuàng)建了B線程,那么B線程和A線程具有相同的優(yōu)先級(jí)。任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序下面我們通過一個(gè)案例來查看不同優(yōu)先級(jí)的線程執(zhí)行情況，如例8-4Example8_4.java所示。publicclassExample8_4{publicstaticvoidmain(String[]args){//分別創(chuàng)建兩個(gè)線程對(duì)象，用于循環(huán)輸出語句Threadthread1=newThread(newRunnable(){@Overridepublicvoidrun(){for(inti=0;i<5;i++){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":abcd");}}},"低優(yōu)先級(jí)的線程");Threadthread2=newThread(newRunnable(){@Overridepublicvoidrun(){for(inti=0;i<5;i++){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":1234");}}},"高優(yōu)先級(jí)的線程");thread1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);//設(shè)置線程優(yōu)先級(jí)為最低級(jí)別thread2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//設(shè)置線程優(yōu)先級(jí)為最高級(jí)別//分別開啟兩個(gè)線程thread1.start();thread2.start();}}運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序8.2.2.1線程的優(yōu)先級(jí)

注意：

線程的優(yōu)先級(jí)需要操作系統(tǒng)的支持，不同的操作系統(tǒng)支持的線程優(yōu)先級(jí)不同的，不一定能和Java中支持的線程優(yōu)先級(jí)對(duì)應(yīng)。建議使用時(shí)使用前面講述的三個(gè)常量?jī)?yōu)先級(jí)。另外，設(shè)計(jì)多線程應(yīng)用時(shí)，不能只依賴于線程優(yōu)先級(jí)來實(shí)現(xiàn)所需功能。任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序8.2.2.2線程的休眠

如果在線程執(zhí)行過程中，要暫停正在執(zhí)行的線程，讓出CPU使用權(quán)，可以使用方法staticvoidsleep(longmillis)來設(shè)置讓當(dāng)前正在執(zhí)行的線程暫停一段時(shí)間，并進(jìn)入休眠等待狀態(tài)，這樣其他的線程可以得到執(zhí)行的機(jī)會(huì)。sleep()方法會(huì)聲明拋出InterruptedException異常，故在調(diào)用該方法時(shí)應(yīng)捕獲處理該異常或者是聲明拋出該異常。下面我們通過一個(gè)案例來查看sleep()方法的使用情況，如例：8-5所示。例8-5Example8_5.java任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序publicclassExample8_5{publicstaticvoidmain(String[]args){//分別創(chuàng)建兩個(gè)線程對(duì)象，用于循環(huán)輸出語句Threadthread1=newThread(newRunnable(){@Overridepublicvoidrun(){for(inti=0;i<5;i++){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":abcd"+i);if(i==1){try{//線程在執(zhí)行過程睡眠500毫秒，則線程進(jìn)入限時(shí)等待狀態(tài)Thread.sleep(500);}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}}}}},"線程1");Threadthread2=newThread(newRunnable(){@Overridepublicvoidrun(){for(inti=0;i<5;i++){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":1234");}}},"線程2");//分別開啟兩個(gè)線程thread1.start();thread2.start();}}例8-5Example8_5.java運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序8.2.2.1線程的休眠注意：

當(dāng)某線程調(diào)用sleep()方法后，該線程放棄CPU使用權(quán)，在指定的時(shí)間段內(nèi)，該線程不會(huì)獲得執(zhí)行的機(jī)會(huì)。只有當(dāng)休眠時(shí)間結(jié)束后，線程才會(huì)轉(zhuǎn)換到就緒狀態(tài)，等待再次獲得CPU使用權(quán)執(zhí)行。休眠狀態(tài)下的線程不會(huì)釋放同步鎖/同步監(jiān)聽器。任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序8.2.2.3線程的讓步

線程讓步是通過調(diào)用方法yield()來實(shí)現(xiàn)，它能讓當(dāng)前線程由“運(yùn)行狀態(tài)”進(jìn)入到“就緒狀態(tài)”，從而讓其它具有相同優(yōu)先級(jí)的等待線程獲取執(zhí)行權(quán)；但是，并不能保證在當(dāng)前線程調(diào)用yield()之后，其它具有相同優(yōu)先級(jí)的線程就一定能獲得執(zhí)行權(quán)；也有可能是當(dāng)前線程又進(jìn)入到“運(yùn)行狀態(tài)”繼續(xù)運(yùn)行。

下面我們通過一個(gè)案例來查看yield()方法的使用情況，如例：8-6所示。例8-6Example8_6.java任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序//自定義一個(gè)線程類，繼承自Thread類classMyYieldThreadextendsThread{//構(gòu)造方法，初始化線程名publicMyYieldThread(Stringname){super(name);}//重寫run()方法，方法內(nèi)是線程要執(zhí)行的語句publicvoidrun(){for(inti=0;i<5;i++){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":aaaa-"+i);if(i==1){System.out.println("線程讓步：");Thread.yield();//線程暫行執(zhí)行，做出讓步}}}}publicclassExample8_6{publicstaticvoidmain(String[]args){//分別創(chuàng)建兩個(gè)線程對(duì)象，用于循環(huán)輸出語句MyYieldThreadmyYieldThread1=newMyYieldThread("myYieldThread1");MyYieldThreadmyYieldThread2=newMyYieldThread("myYieldThread2");//分別開啟兩個(gè)線程myYieldThread1.start();myYieldThread2.start();}}例8-6Example8_6.java運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序8.2.2.4線程的插隊(duì)

線程的插隊(duì)是通過調(diào)用join()方法來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)在某個(gè)線程中調(diào)用其他線程的join()方法，則調(diào)用的線程被阻塞，直到被join方法加入的線程執(zhí)行完成后它才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。

下面我們通過一個(gè)案例來查看join()方法的使用情況，如例：8-7所示。例8-7Example8_7.java任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序//自定義一個(gè)線程類，繼承自Thread類classMyJoinThreadextendsThread{//構(gòu)造方法，初始化線程名publicMyJoinThread(Stringname){super(name);}//重寫run()方法，方法內(nèi)是線程要執(zhí)行的語句publicvoidrun(){for(inti=0;i<5;i++){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":aaaa-"+i);}}}publicclassExample8_7{publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{//分別創(chuàng)建兩個(gè)線程對(duì)象，用于循環(huán)輸出語句MyJoinThreadmyJoinThread1=newMyJoinThread("myJoinThread1");myJoinThread1.start();for(inti=0;i<5;i++){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":bbbb-"+i);if(i==1){myJoinThread1.join();//線程插隊(duì)}}}}例8-7Example8_7.java運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序8.2.3多線程同步

多線程并發(fā)執(zhí)行可以提高程序的效率，但是當(dāng)多個(gè)線程訪問同一共享資源時(shí)，也會(huì)引發(fā)安全問題。8.2.3.1線程安全

例如：前面的售票程序，在實(shí)際售票的時(shí)候，每個(gè)售票窗口在出售票的時(shí)候都是有一定耗時(shí)的，則在耗時(shí)過程中可能會(huì)導(dǎo)致同一張票被多個(gè)窗口銷售，也可能會(huì)出現(xiàn)被銷售多出20張的票。

下面我們通過修改前面的任務(wù)1的程序Auto_Ticketing2查看線程安全問題，修改后的程序?yàn)椋耗M售票有耗時(shí)的情況Auto_Ticketing3.java任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序classTicketWindow3_RunableimplementsRunnable{privateinttickets=20;//實(shí)現(xiàn)接口方法run()publicvoidrun(){while(tickets>0){try{Thread.sleep(1000);//模擬售票等待過程}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在銷售第"+tickets--+"張票");}}}

publicclassAuto_Ticketing3{publicstaticvoidmain(String[]args){//創(chuàng)建子線程類TicketWindow_Runable的實(shí)例對(duì)象TicketWindow3_RunableticketWindow=newTicketWindow3_Runable();//創(chuàng)建三個(gè)子線程用于售票newThread(ticketWindow,"售票窗口1").start();newThread(ticketWindow,"售票窗口2").start();newThread(ticketWindow,"售票窗口3").start();}}模擬售票有耗時(shí)的情況：Auto_Ticketing3.java運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序8.2.3.1線程安全說明：

從上面運(yùn)行結(jié)果可以看到在多線程售票中出現(xiàn)了安全問題：由于線程有延遲，售票窗口3正在銷售第6張票，此時(shí)共享資源的剩余票是6張，如果在售票窗口1此時(shí)獲得了CPU使用權(quán)，發(fā)現(xiàn)票數(shù)是6張，也會(huì)銷售第6張票。同理，當(dāng)售票窗口正在銷售最后1張票時(shí)，在線程延遲中，其他售票窗口線程也可能會(huì)獲得CPU使用權(quán)，則判斷時(shí)發(fā)現(xiàn)剩余票數(shù)是1張，大于0，則仍然可以繼續(xù)售票，就可能會(huì)出現(xiàn)銷售第0，第-1張票的情況。

從上述程序運(yùn)行結(jié)果可以看到，線程安全問題主要是由多個(gè)線程同時(shí)處理共享資源造成的。如果要解決這個(gè)安全問題，須要保證在同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程訪問共享資源。Java中提供了線程同步機(jī)制來解決線程安全問題。任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序8.2.3.2線程同步

Java中提供了三種線程同步方式來解決線程安全問題：一種是同步代碼塊，一種是同步方法，還有一種是同步鎖。（1）同步代碼塊

同步代碼塊，是當(dāng)多個(gè)線程使用同一個(gè)共享資源時(shí)，將處理共享資源的代碼放置在關(guān)鍵字synchronized修飾的代碼塊中，這段代碼被稱為同步代碼塊。其語法格式如下：synchronized（lock）{ //需要同步操作的代碼}任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序8.2.3.2線程同步（1）同步代碼塊

說明：

同步代碼塊格式中，synchronized代表同步，lock是一個(gè)同步鎖，可以是任意類型的對(duì)象，但是多個(gè)線程共享的同步鎖對(duì)象必須是相同的，且在任何時(shí)候，最多允許使用共享資源的多個(gè)線程中的一個(gè)線程擁有同步鎖，誰獲得同步鎖就可以進(jìn)入執(zhí)行代碼塊。

當(dāng)線程A執(zhí)行同步代碼塊時(shí)，首先檢查同步鎖對(duì)象的標(biāo)志位，默認(rèn)情況下標(biāo)志位為1，此時(shí)線程A可以執(zhí)行同步代碼塊，同時(shí)將所對(duì)象的標(biāo)志位置為0。當(dāng)另外一個(gè)線程B執(zhí)行到同步代碼快時(shí)，由于鎖對(duì)象標(biāo)志位為0，線程B阻塞，等待當(dāng)前線程A執(zhí)行完同步代碼塊后，把鎖對(duì)象標(biāo)志位置為1，線程B才能執(zhí)行同步代碼塊。任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序8.2.3.2線程同步（2）同步方法

在一個(gè)方法前面加上關(guān)鍵字synchronized進(jìn)行修飾，被修飾的方法稱為同步方法。語法格式如下：

說明：

同步方法在同一時(shí)刻只允許一個(gè)線程訪問，訪問該方法的其他線程都會(huì)被阻塞，直到當(dāng)前線程訪問執(zhí)行完畢后，其他線程才有機(jī)會(huì)訪問執(zhí)行。[修飾符]synchronized返回值類型方法名([參數(shù)1,…]){ //需要同步操作的代碼}任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序8.2.3.2線程同步（3）同步鎖

同步代碼塊和同步方法使用的是封閉式鎖機(jī)制，它無法中斷一個(gè)正在等候獲得鎖的線程，也無法通過輪詢得到鎖。每個(gè)線程在執(zhí)行同步代買的時(shí)候，每次都需要判斷鎖的狀態(tài)，資源消耗比較大，性能比不用要低一些。故在編程時(shí)建議盡量減少synchronized的作用域。

從JDK1.5開始，Java提供了比同步代碼塊和同步方法更廣泛的鎖操作，是一個(gè)功能更強(qiáng)大的Lock鎖，既具有同步代碼塊和同步方法的功能，同時(shí)在使用時(shí)也更靈活，且可以讓線程釋放鎖。

任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序8.2.3.2線程同步（3）同步鎖

同步鎖Lock是一個(gè)接口，它的實(shí)現(xiàn)類是ReentrantLock。在編程中最常用的是創(chuàng)建一個(gè)同步鎖對(duì)象，對(duì)代碼塊進(jìn)行上鎖和解鎖操作。如下所示：說明：上鎖使用的是方法lock()，解鎖使用的是方法unlock()，可以在需要的位置靈活的上鎖解鎖。除此之外，ReentrantLock類還提供的有其他對(duì)鎖的操作方法。privatefinalLocklock=newReentrantLock();//創(chuàng)建同步鎖對(duì)象……lock.lock();//上鎖 //需要同步操作的代碼lock.unlock();//解鎖……任務(wù)實(shí)施根據(jù)任務(wù)分析可知：（1）模擬售票窗口耗時(shí)可以使用前面學(xué)習(xí)的線程休眠方法sleep()來實(shí)現(xiàn)；（2）為確保線程安全，既可以使用前面學(xué)習(xí)的同步代碼塊來實(shí)現(xiàn)，也可以使用同步方法來實(shí)現(xiàn)多窗口售票程序，當(dāng)然也可以使用同步鎖來實(shí)現(xiàn)線程安全的售票。任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序//創(chuàng)建類實(shí)現(xiàn)接口RunnableclassTicketWindow4_RunableimplementsRunnable{privateinttickets=20;Objectlock=newObject();//實(shí)現(xiàn)接口方法run()publicvoidrun(){while(true){synchronized(lock){if(tickets>0){try{Thread.sleep(1000);//模擬售票等待過程}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在銷售第"+tickets--+"張票");}}}}}

publicclassAuto_Ticketing4{publicstaticvoidmain(String[]args){//創(chuàng)建子線程類TicketWindow_Runable的實(shí)例對(duì)象TicketWindow4_RunableticketWindow=newTicketWindow4_Runable();//創(chuàng)建三個(gè)子線程用于售票newThread(ticketWindow,"售票窗口1").start();newThread(ticketWindow,"售票窗口2").start();newThread(ticketWindow,"售票窗口3").start();}}任務(wù)實(shí)現(xiàn)方法1：同步代碼塊Auto_Ticketing4.java運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序//創(chuàng)建類實(shí)現(xiàn)接口RunnableclassTicketWindow5_RunableimplementsRunnable{privateinttickets=20;//實(shí)現(xiàn)接口方法run()publicvoidrun(){while(true){saleTicket();}}privatesynchronizedvoidsaleTicket(){if(tickets>0){try{Thread.sleep(1000);//模擬售票等待過程}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在銷售第"+tickets--+"張票");}}}

publicclassAuto_Ticketing5{publicstaticvoidmain(String[]args){//創(chuàng)建子線程類TicketWindow_Runable的實(shí)例對(duì)象TicketWindow5_RunableticketWindow=newTicketWindow5_Runable();//創(chuàng)建三個(gè)子線程用于售票newThread(ticketWindow,"售票窗口1").start();newThread(ticketWindow,"售票窗口2").start();newThread(ticketWindow,"售票窗口3").start();}}任務(wù)實(shí)現(xiàn)方法2：同步方法之Auto_Ticketing5.java運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序importjava.util.concurrent.locks.Lock;importjava.util.concurrent.locks.ReentrantLock;//創(chuàng)建類實(shí)現(xiàn)接口RunnableclassTicketWindow6_RunableimplementsRunnable{privateinttickets=20;privatefinalLocklock=newReentrantLock();//實(shí)現(xiàn)接口方法run()publicvoidrun(){while(true){lock.lock();if(tickets>0){try{Thread.sleep(1000);//模擬售票等待過程System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在銷售第"+tickets--+"張票");}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}finally{lock.unlock();}}}}}

publicclassAuto_Ticketing6{publicstaticvoidmain(String[]args){//創(chuàng)建子線程類TicketWindow_Runable的實(shí)例對(duì)象TicketWindow6_RunableticketWindow=newTicketWindow6_Runable();//創(chuàng)建三個(gè)子線程用于售票newThread(ticketWindow,"售票窗口1").start();newThread(ticketWindow,"售票窗口2").start();newThread(ticketWindow,"售票窗口3").start();}}任務(wù)實(shí)現(xiàn)方法3：同步鎖之Auto_Ticketing6.java

運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序三種任務(wù)實(shí)現(xiàn)方式對(duì)比：

從上述運(yùn)三種實(shí)現(xiàn)方法可以看到任何一種方法都可以實(shí)現(xiàn)任務(wù)需求。編程過程中可以根據(jù)需要確定使用同步代碼塊/同步方法/同步鎖的任意一種來實(shí)現(xiàn)線程安全需要。同步鎖會(huì)更靈活，功能更強(qiáng)大。實(shí)踐訓(xùn)練按要求完成如下程序。（1）實(shí)現(xiàn)三個(gè)同學(xué)分吃10塊蛋糕的應(yīng)用；

（2）需要模擬分吃的過程的延遲，且確保線程安全；（3）顯示分吃過程，例如:“同學(xué)A分吃了蛋糕10”“同學(xué)B分吃了蛋糕9”等。任務(wù)8.2優(yōu)化多窗口售票程序任務(wù)8.3模擬“生產(chǎn)-消費(fèi)”程序設(shè)計(jì)任務(wù)3目標(biāo)掌握線程的等待和喚醒了解多線程通信任務(wù)8.3模擬“生產(chǎn)-消費(fèi)”程序設(shè)計(jì)任務(wù)3描述在現(xiàn)實(shí)生活中，生產(chǎn)者負(fù)責(zé)生產(chǎn)商品，消費(fèi)者負(fù)責(zé)消費(fèi)商品，當(dāng)生產(chǎn)者生產(chǎn)商品后，消費(fèi)者才能消費(fèi)商品。運(yùn)行效果如圖8-15所示。圖8-15任務(wù)3運(yùn)行效果圖任務(wù)8.3模擬“生產(chǎn)-消費(fèi)”程序設(shè)計(jì)知識(shí)準(zhǔn)備多線程通信 Java中不同的線程執(zhí)行不同的任務(wù)，如果任務(wù)之間有某種關(guān)系，線程間必須能夠通信，協(xié)調(diào)完成工作。為了讓線程間能進(jìn)行協(xié)調(diào)工作，就需要線程間能進(jìn)行通信。Java提供了線程間通信常用的三個(gè)方法是：wait(),nofity(),notifyAll()，用于線程的等待與喚醒。voidwait(),讓當(dāng)前線程放棄同步鎖并進(jìn)入等待狀態(tài)，直到其他線程進(jìn)入此同步鎖，并調(diào)用nofity()方法或notifyAll()方法喚醒該線程為止。wait(longtimeout)，讓當(dāng)前線程放棄同步鎖并進(jìn)入等待狀態(tài)，直到其他線程調(diào)進(jìn)入此同步鎖，并調(diào)用notify()方法或notifyAll()方法，或者超過指定的時(shí)間量，當(dāng)前線程被喚醒進(jìn)入就緒狀態(tài)。notify()，喚醒在此同步鎖上等待的單個(gè)線程。notifyAll()，喚醒在此同步鎖上等待的所有線程。任務(wù)實(shí)施根據(jù)任務(wù)分析可知：（1）生產(chǎn)者和消費(fèi)者操作的是共享資源，需要定義共享資源類，并在共享資源類中定義生產(chǎn)和取出數(shù)據(jù)的方法；（2）生產(chǎn)者需要定義一個(gè)線程類；（3）消費(fèi)者需要定義一個(gè)線程類；（4）編寫測(cè)試類分別調(diào)用生產(chǎn)者和消費(fèi)者實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)消費(fèi)交替完成。任務(wù)8.3模擬“生產(chǎn)-消費(fèi)”程序設(shè)計(jì)任務(wù)8.3模擬“生產(chǎn)-消費(fèi)”程序設(shè)計(jì)//共享資源類classShareResource{privateStringgoods_No;privateStringgoods_Name;//生產(chǎn)存入數(shù)據(jù)publicvoidpush(Stringgoods_No,Stringgoods_Name){this.goods_No=goods_No;try{Thread.sleep(20);//模擬網(wǎng)絡(luò)延遲}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}this.goods_Name=goods_Name;System.out.println("生產(chǎn)者生產(chǎn)："+this.goods_No+"-"+this.goods_Name);}//消費(fèi)取出數(shù)據(jù)publicvoidpopup(){try{Thread.sleep(20);//模擬網(wǎng)絡(luò)延遲}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}System.out.println("消費(fèi)者消費(fèi)："+this.goods_No+"-"+this.goods_Name);}}任務(wù)實(shí)現(xiàn)方法1：

Productive_Consumption.java任務(wù)8.3模擬“生產(chǎn)-消費(fèi)”程序設(shè)計(jì)//生產(chǎn)者線程類classProducerimplementsRunnable{privateShareResourceshareResource;publicProducer(ShareResourceshareResource){this.shareResource=shareResource;}@Overridepublicvoidrun(){for(inti=1;i<=10;i++){if(i%2==0)//當(dāng)循環(huán)變量奇偶數(shù)不同生產(chǎn)的數(shù)據(jù)也不同shareResource.push("貨物編號(hào)"+i,"貨物名稱"+i);elseshareResource.push("商品編號(hào)"+i,"商品名稱"+i);}}}任務(wù)實(shí)現(xiàn)方法1：

Productive_Consumption.java任務(wù)8.3模擬“生產(chǎn)-消費(fèi)”程序設(shè)計(jì)//消費(fèi)者線程類classConsumerimplementsRunnable{privateShareResourceshareResource;publicConsumer(ShareResourceshareResource){this.shareResource=shareResource;}@Overridepublicvoidrun(){for(inti=1;i<=10;i++){shareResource.popup();//消費(fèi)取出數(shù)據(jù)}}}任務(wù)實(shí)現(xiàn)方法1：

Productive_Consump