新手一枚,Java学习中,把自己学习多线程的知识总结一下,梳理下知识,方便日后查阅,高手莫进。
本文的主要内容:
[1] 实现线程的两种方法 [2] 线程的启动与停止
[3] 线程的互斥 [4] 线程协作
[5] 线程Join [6]Object实现生产者、消费者问题
[7]Lock类实现生产者、消费者问题 [8] 线程优先级
[9]守护线程(daemon线程) [10]线程池概念
一 实现线程的两种方法
JAVA中实现线程,有两种方法。一种是 扩展 Threaad 类,一种是实现package java.lang.Runnble接口。
首先来看看这JAVA API文档中如何定义这两个:
Runnble接口
package java.lang;
public interface Runnable {
public abstract void run();
}
这个接口的定义很简单,只是定义了一个方法。
Threaad 类
package java.lang;
public
class Thread implements Runnable {
/* What will be run. */
private Runnable target;
private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
long stackSize, AccessControlContext acc) {
.........
this.target = target;
........
}
public Thread(Runnable target) {
init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
public synchronized void start() {
........
} @Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}
可以看出,Thread 也是实现了Runnable接口,用start()方法启动Therad()对象时,调用 实现Runnable接口所实现的run()方法。
这个弄明白了,关于线程的启动与停止就很容易搞明白了。
二、线程的启动与停止
(1)启动一个线程必须调用Thread的start()方法,如果线程类继承Thread,则可以直接调用对象的start()方法启动,如果线程类实现的是Runnable接口,则需要将对象封装成Thread,再调用封装后对象的start();
(2)JAVA只允许单继承,因此当一个类继承另一个类,又想成为一个线程时,就不能继承Thread类了,只能通过实现Runnable接口来实现。
(3)线程的停止方法有
[1] 让线程的run()方法执行完,线程自然结束。(这种方法最好)
[2]通过轮询和共享标志位的方法来结束线程,例如while(flag){},flag的初始值设为真,当需要结束时,将flag的值设为false。(这种方法也不很 好,因为如果while(flag){}方法阻塞了,则flag会失效)
[3]使用interrupt(),而程序会丢出InterruptedException例外,因而使得执行绪离开run()方法。
[4]使用stop()方法终止线程,在上一个版本的JDK中,sun公司已经说明:Thread.stop, Thread.suspend and Thread.resume都已经不被推荐使用。因为会导致程序出现不可想象的状况。
小例子如下:
package com.beiyan.thread; public class ThreadStartStop { public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ThreadStartStop startStop = new ThreadStartStop();
ThreadA a = startStop.new ThreadA();// ThreadA和ThreadB
ThreadB tb = startStop.new ThreadB(); // 是内部类,所以要先实例化主类,才能new两个线程对象
a.start(); // ThreadA extends Thread 可以直接启动,
Thread b = new Thread(tb);// ThreadB implements Runnable
b.start(); // 必须要先实例化一个Thread 对象,在Thread 对象里面启动 Thread.sleep(3000);// 主线程休息3秒
a.StopThread();
System.out.println("---------用 interupt()终止线程----------");
ThreadC c = startStop.new ThreadC();
c.start();
c.interrupt(); } class ThreadA extends Thread {
private boolean running = false; // 重写Start方法
public void start() {
System.out.println("ThreadA启动");
this.running = true;
super.start();
} // run方法
public void run() { try {
while (running) {
Thread.sleep(4000);
System.out.println("ThreadA 执行中。。。"); // wait();
}
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("ThreadA end!");
}
} // 自定义线程停止方法
public void StopThread() {
System.out.println("ThreadA Stop");
running = false;
}
} class ThreadB implements Runnable { @Override
public void run() { System.out.println("ThreadB执行中。。。");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("ThreadB Stop");
}
System.out.println("ThreadB 结束");
} } class ThreadC extends Thread { // 重写Start方法
public void start() {
System.out.println("ThreadC启动");
super.start();
} // run方法
public void run() { try {
while (!Thread.interrupted()) {
Thread.sleep(3000);
System.out.println("ThreadC 执行中。。。");
// wait();
}
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("ThreadC end!");
}
} }
}
运行结果如下:
ThreadA启动
ThreadB执行中。。。
ThreadB 结束
ThreadA Stop
---------用 interupt()终止线程----------
ThreadC启动
ThreadA 执行中。。。
可以看出:
1、ThreadA是采用 flage标志位的方式终止线程的,最后一句结果是:ThreadA 执行中。。。当线程终止后,线程A还在继续执行,可见采用while(flag){}方法终止线程时,若线程出现Sleep()或者wait()阻塞时,并不能很好的结束线程。
2、ThreadC是采用interrupt()方法终止线程的。程序会丢出InterruptedException异常,因而使得执行绪离开run()方法。
3、线程ThreadA 和ThreadB 的启动方式。
三、线程的互斥
在操作系统中,有临界区,某些时刻只允许一个进程访问临界区。在Java中,对象也有临界区。在某些时候只允许一个线程访问临界区,称为线程的互斥。
在类的方法中使用synchronized()关键字可以保证同一时刻只有一个线程进入该方法。
public class Synchronized { private int money = 1000;
private int money2 = 1000; // 用synchronized关键字定义一个同步的方法。
public synchronized void add(int p) {
System.out.println("已有money: " + money + " 存入: " + p + " 总共:" + (money + p));
money += p;
} // 没有使用synchronized
public void add2(int p) {
System.out.println("已有money2: " + money2 + " 存入: " + p + " 总共:" + (money2 + p));
money2 += p;
} public static void main(String[] args) {
Synchronized sync = new Synchronized();
// 没有使用synchronized,进行线程互斥
ThreadTest2 p1 = new ThreadTest2(sync, 300);
ThreadTest2 p2 = new ThreadTest2(sync, 200);
ThreadTest2 p3 = new ThreadTest2(sync, 100);
p1.start();
p2.start();
p3.start();
// 使用synchronized,进行线程互斥
ThreadTest t1 = new ThreadTest(sync, 300);
ThreadTest t2 = new ThreadTest(sync, 200);
ThreadTest t3 = new ThreadTest(sync, 100);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
} } // 定义一个线程类,用于增加money
class ThreadTest extends Thread {
private Synchronized syn = null;
private int moneyAdd = 0; public ThreadTest(Synchronized synchronized1, int money)
{
this.syn = synchronized1;
this.moneyAdd = money;
} public void run() {
syn.add(moneyAdd);
}
} // 定义一个线程类,用于增加money2
class ThreadTest2 extends Thread {
private Synchronized syn = null;
private int moneyAdd = 0; public ThreadTest2(Synchronized synchronized1, int money)
{
this.syn = synchronized1;
this.moneyAdd = money;
} public void run() {
syn.add2(moneyAdd);
}
}
运行结果如下:
已有money2: 1000 存入: 300 总共:1300
已有money2: 1000 存入: 200 总共:1200
已有money2: 1000 存入: 100 总共:1100
已有money: 1000 存入: 300 总共:1300
已有money: 1300 存入: 200 总共:1500
已有money: 1500 存入: 100 总共:1600
money2是没有使用synchronized进行同步处理的。
money是使用synchronized进行同步处理的。
可见使用synchronized同步机制实现线程的互斥运行,从而避免出现错误。
四、线程协作
有时候多个线程需要协作,线程A往缓冲区里面写数据,线程B从缓冲区里读取数据,当缓冲区满时,线程A必须等待;当缓冲区为空时,线程B必须等待。
在synchronized代码块里使用wait()方法,能够使当前线程进入等待状态,并释放当前线程用于的对象锁。
在synchronized代码块里使用notify()或者notifyall()方法可以使当前线程释放对象锁,并唤醒其他正在等待该对象锁的线程。当有多个线程在等待该对象锁时,由Java虚拟机决定被唤醒的进程。
例子如下:
package com.beiyan.thread; import java.util.Vector; public class WaitNotify {
// 内部类,实现task的减少和增加
class ThreadTask extends Thread {
private Vector task = new Vector(); public void run() {
while (!Thread.interrupted()) {
synchronized (this) {
while (task.size() == 0) {
System.out.println("资源紧张,进入等待。。。");
try {
wait();
System.out.println("等待结束。。。");
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
try {
sleep(1000);
System.out.println("做完了一个任务");
task.remove(task.size() - 1);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
} // 增加task 供使用
public void addTask(String str) {
synchronized (this) {
task.add(str);
System.out.println("增加了一个任务");
notify();
}
}
} public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
WaitNotify notify = new WaitNotify();
ThreadTask task = notify.new ThreadTask();
task.start();
Thread.sleep(1000);
for (int i = 0; i < 3; i++) {
task.addTask("str" + i);
Thread.sleep(1000);
} }
}
从例子可以看出,task线程中,调用start(),进而执行run()方法的内容,让没有资源(工作任务)时,task线程进入wait()状态,释放对线程对象的锁,这时main线程调用task的addTask()方法,使任务增加一个,调用notify()方法并通知线程,有资源可以继续执行。
五、线程join
有时候一个线程需要等待其他线程执行完毕后再进行操作,这是一种等待关系,也是一种协作。
在当前线程中调用线程A的join(参数 b),表示:当前线程必须等待线程A执行长为 b 的时间再能继续执行。
若参数为空,则表示 线程A执行完之后,当前线程才能继续执行。
例子如下:
package com.beiyan.thread; public class Join {
class ThreadA extends Thread {
private int id;
private String name; public ThreadA(int a, String b)
{
this.id = a;
this.name = b;
} public void run() {
int i = 0;
while (i < 5) {
System.out.println(this.name + " 执行中。。。");
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace(); }
i++;
}
}
} public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Join join = new Join();
ThreadA a = join.new ThreadA(1, "线程A");
a.start();
a.join(); // 线程A并入主线程,线程A执行完毕后,下面的for语句,才开始执行 for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("Main Thread.....");
}
}
}
执行结果如下:
线程A 执行中。。。
线程A 执行中。。。
线程A 执行中。。。
线程A 执行中。。。
线程A 执行中。。。
Main Thread.....
Main Thread.....
Main Thread.....
Main Thread.....
Main Thread.....
线程A join()主线程后,成为主线程的一部分,合并成一个线程,所以按顺序执行。
六、Object实现生产者、消费者问题
生产者,消费者问题是一个多线程协作问题,生产者负责生产产品,并存入仓库,消费者从仓库中获得产品并消费。
例子如下:
package com.beiyan.thread; import java.util.LinkedList; public class ProdutConsume extends Thread { private LinkedList<Object> wareHouse = new LinkedList<Object>();
private final int MAX = 4; // 生产者内部类
class Produt extends Thread {
public void run() { while (!Thread.interrupted()) {
synchronized (wareHouse) {
try {
while (wareHouse.size() == MAX) {
System.out.println("仓库已满,正在等待消费");
wareHouse.wait(); }
Object obj = new Object();
if (wareHouse.add(obj)) {
System.out.println("生产一个新产品");
Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000));
wareHouse.notify();
}
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("Producter Stop!!");
} }
} }
} // 消费者内部类
class Comsumer extends Thread { public void run() { while (!Thread.interrupted()) {
synchronized (wareHouse) {
try {
while (wareHouse.size() == 0) {
System.out.println("仓库为空,正在等待");
wareHouse.wait();
}
wareHouse.removeLast();
System.out.println("消费一个新产品");
Thread.sleep((long) (Math.random() * 500));
wareHouse.notify();
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("Comsumer Stop!!");
} }
} }
} public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ProdutConsume ps = new ProdutConsume();
Produt produt = ps.new Produt();
Comsumer comsumer = ps.new Comsumer();
produt.start();
comsumer.start(); }
}
七、Lock类 实现生产者、消费者问题
java JDK1.5版本后,出现了Condition。它用来替代传统的Object的wait()、notify()实现线程间的协作。使用Condition的await()、signal()这种方式实现线程间协作,比传统方式更加安全和高效。
synchronized却只有一把锁,lock类可以有多把锁,比较灵活。对于生产者消费者问题,可以对仓库的满和空各设一把锁。
举个例子:
当有多个线程读写文件时,读操作和写操作会发生冲突现象,写操作和写操作会发生冲突现象,但是读操作和读操作不会发生冲突现象。
但是采用synchronized关键字来实现同步的话,就会导致一个问题:
如果多个线程都只是进行读操作,所以当一个线程在进行读操作时,其他线程只能等待无法进行读操作。
因此就需要一种机制来使得多个线程都只是进行读操作时,线程之间不会发生冲突,通过Lock就可以办到。
代码:
package com.beiyan.thread; import java.awt.Container;
import java.util.LinkedList;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class ProductConsumer2 extends Thread { private LinkedList<Object> wareHouse = new LinkedList<Object>();
private final int MAX = 4;
private final Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition full = lock.newCondition();
private Condition empty = lock.newCondition(); // 生产者内部类
class Produt extends Thread {
public void run() { while (!Thread.interrupted()) {
lock.lock();
try {
while (wareHouse.size() == MAX) {
System.out.println("仓库已满,正在等待消费");
full.await();
}
Object obj = new Object();
if (wareHouse.add(obj)) {
System.out.println("生产一个新产品");
Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000));
empty.signal();
}
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("Producter Stop!!");
}
lock.unlock(); }
} } // 消费者内部类
class Comsumer extends Thread { public void run() {
while (!Thread.interrupted()) {
lock.lock();
try {
while (wareHouse.size() == 0) {
System.out.println("仓库为空,正在等待");
empty.await();
}
wareHouse.removeLast();
System.out.println("消费一个新产品");
Thread.sleep((long) (Math.random() * 500));
full.signal();
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("Comsumer Stop!!");
}
lock.unlock(); } }
} public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ProductConsumer2 ps = new ProductConsumer2();
Produt produt = ps.new Produt();
Comsumer comsumer = ps.new Comsumer();
produt.start();
comsumer.start(); }
}
运行结果如下:
生产一个新产品
生产一个新产品
生产一个新产品
生产一个新产品
仓库已满,正在等待消费
消费一个新产品
消费一个新产品
消费一个新产品
消费一个新产品
仓库为空,正在等待
生产一个新产品
生产一个新产品
生产一个新产品
生产一个新产品
仓库已满,正在等待消费
消费一个新产品
消费一个新产品
消费一个新产品
消费一个新产品
仓库为空,正在等待
生产一个新产品
生产一个新产品
八、线程优先级
与操作系统中的进程一样,Java线程也有优先级,在同等情况下,对于两个同时启动的线程,优先级高的先执行。
Java线程优先级分为10个级别,数字越大,级别越高,默认为5;
Thread 的setPriority()可以设置线程的优先级。
代码如下:
package com.beiyan.thread; public class Priority {
public static void main(String[] args) {
Priority priority = new Priority();
ThreadPriority t1 = priority.new ThreadPriority(1);
ThreadPriority t2 = priority.new ThreadPriority(2);
System.out.println("线程t2的默认优先级: " + t2.getPriority());
t1.setPriority(6);
t1.start();
t2.start();
} class ThreadPriority extends Thread {
private int id; public ThreadPriority(int a)
{
this.id = a;
} public void run() {
for (int i = 1; i < 5; i++) {
System.out.println("Thread " + id + " 正在执行。。。。");
try {
Thread.sleep((long) (Math.random() * 2000));
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("Thread " + id + " interrupt");
}
}
}
}
}
执行结果:
线程t2的默认优先级: 5
Thread 1 正在执行。。。。
Thread 2 正在执行。。。。
Thread 1 正在执行。。。。
Thread 1 正在执行。。。。
Thread 1 正在执行。。。。
Thread 2 正在执行。。。。
Thread 2 正在执行。。。。
Thread 2 正在执行。。。。
线程1的优先级设置为6时,级别比线程2高,故线程1比线程2优先执行。
九、守护线程
有一种线程叫做守护线程(Daemon线程),如Java虚拟机的垃圾回收线程,它们在后台运行,为非守护线程提供服务。
Thread的setDaemon实例方法设置线程是否为守护线程,参数为true表示该线程为守护线程。
线程运行后,setDaemon实例方法无效,即必须在调用start()方法之前调用setDaemon方法。
程序中启动的线程默认为非守护线程,但在守护线程中启动的线程都是守护线程。
当程序中,所有的非守护线程都结束时,守护线程自动结束。
例子如下:
package com.beiyan.thread; public class Daemon { public static void main(String[] args) { Thread t1 = new MyCommon(); Thread t2 = new Thread(new MyDaemon()); t2.setDaemon(true); // 设置为守护线程 t2.start(); t1.start();
}
} //普通user线程
class MyCommon extends Thread {
public void run() { for (int i = ; i < ; i++) { System.out.println("用户第" + i + "次执行!"); try { Thread.sleep();
} catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace();
}
} }
} // 守护线程,守护线程要设置为无限循环,或者运行时间长一点,不然用户线程(非守护)还没结束,守护线程已经结束。
class MyDaemon implements Runnable { public void run() { int i = ;
try {
while (true) { System.out.println("守护线程第" + i + "次执行!"); Thread.sleep(); i++; }
} catch ( InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally {
System.out.println("守护线程结束");// 验证守护线程的finally是否执行
} }
}
运行结果如下:
用户第0次执行!
守护线程第0次执行!
守护线程第1次执行!
用户第1次执行!
守护线程第2次执行!
用户第2次执行!
守护线程第3次执行!
用户第3次执行!
守护线程第4次执行!
可以看出,在普通用户线程结束运行后,虽然守护线程没执行完,但也立即结束。
并且,守护线程finally()部分的代码是不执行的。
学习异常时说,finall()最后必须执行的。但对于守护线程来说不适用。
十 、线程池
在进行socket网络编程时,往往需要多个服务器都能连接到服务器,服务器为每个连接到服务器的用户开你一个线程进行处理,假如连接到服务器上的用户非常多,那么服务器的线程就会越用越少,最好的解决办法是使用线程池。
服务器启动时,分配何时数量的线程到一个线程池内,当有用户连上服务器之后,服务器从线程池中分配一个线程给用户,当线程池的线程分配完毕后,其他新连接的用户处于等待状态。
当有用户与服务器断开连接后,服务器重新分配线程。
具体例子放到下一篇Socket网络编程总结里面吧。
最后,激励下自己:
学习编程切忌浮躁,天亮后,面包会有的,牛奶会有的。