第八章 Java语言多线程编程,一、线程的概念 二、线程的实现方法 三、线程的同步与死锁 四、多线程程序实例,一、线程的概念,进程与线程 进程是指可执行程序并存放在计算机存储器空间的一个指令序列，它是一个动态执行的过程。进程是计算机多任务操作系统为任务分配资源的最小单位，每个进程都应该有自己的内存空间。 线程同进程一样，也是一个动态的概念和一个动态的执行过程，但是线程比进程的内涵要小一个等级，一般一个进程(应用程序)包含一个或多个线程，线程需要在进程的内存地址空间中运行，是多任务操作系统用于分配计算机CPU时间片的最小单位。,一、线程的概念,一个Java多线程程序在Java虚拟机中执行时，每一个线程的执行过程是由Java执行系统的线程调度来控制的，Java语言多线程程序自身是不能控制每个线程执行顺序的。在目前的多任务操作系统中，当一个单一线程被启动以后，它可以被挂起来，被挂起的线程程序代码并不从计算机内存中清除，只是暂时不让它执行了，在内存中被挂起的线程还可以重新被恢复执行，以便保证实现多任务被同时处理。多任务操作系统在任何时间都可以停止或终止线程，被终止的线程程序代码将被从计算机内存中清除，被终止的线程是不能再重新恢复执行的。,一、线程的概念,线程调度与优先级 在CPU上以某种次序执行多个线程称为调度，调度使JVM对运行的多个线程进行协调，以避免多个线程争用有限的系统资源而导致系统死机或崩溃。 为控制线程的协调运行，Java定义了线程监视器来监控系统中处于就绪状态的所有线程，线程调度采用“抢占式”策略，按照线程的优先级别选择线程获得处理器。 线程优先级(Priority)告诉线程监视器该线程的重要性，如果有大量线程被堵塞并等候运行时，线程监视器按线程的优先级别对线程排队，一旦空闲，线程监视器会首先选择运行具有最高优先级的那个线程。当然这并不表示优先级别较低的线程不会运行，即线程不会因为存在优先级而导致死锁。,一、线程的概念,Java将线程的优先级分为10个等级，分别用110之间的数字表示，数字越大表明线程的优先级别越高。Thread类中定义了代表线程优先级的三个静态整型数据成员MIN_ PRIORITY、MAX_PRIORITY和NORMAL_PRIORITY，分别对应于线程的最高优先级(10)、最低优先级(1)和普通线程优先级(5)。当创建一个线程对象时，其默认的优先级别是5。一个线程的优先级别可以通过调用Thread类中的getPriority()方法来获得，而通过调用setPriority()方法可以改变一个线程的优先级别。,一、线程的概念,线程的状态与生命周期 每个线程都与生命周期相关联，一个生命周期含有多个可以互相转换的状态，线程从产生到消亡的生命周期中要经历创建、就绪、运行、阻塞和死亡五种状态。通过线程的控制与调度可使线程在这几个状态间转换，每个Java程序中都拥有一个与main方法对应的主线程，必须在主线程中创建新的线程。(1)创建状态：当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建后，该线程对象就处于创建状态。创建状态是线程已经创建但未开始执行的一个特殊状态。处于创建状态的线程只是一个空的线程对象，系统不为它分配资源但有自己的内存空间，通过调用start()方法进入就绪状态。,一、线程的概念,(2)就绪状态：处于就绪状态的线程已经具备运行条件但还未获得时间片，因此进入线程队列，等待系统为其分配CPU。一旦获得CPU，该线程便进入运行状态并自动调用自己的Run()方法。(3)运行状态：当就绪状态的线程被调度并获得处理器资源时便进入运行状态，这时开始执行run()方法中的代码，直到调用其他方法而终止，或等待某资源而阻塞，或运行完毕而死亡。(4)堵塞状态：处于运行状态的线程在某些情况下，如执行睡眠方法或等待I/O设备操作时，将让出CPU并暂时终止自己的运行进入阻塞状态。阻塞时线程不能进入就绪队列，只有当引起阻塞的原因消除时，线程才可以转入就绪状态，重新进入线程队列等待调度。(5)死亡状态：死亡状态是线程生命周期的最后一个阶段，表示线程已经退出运行状态并且不再进入就绪队列。当线程的run()方法结束或由于其它原因被终止后，线程便进入消亡状态。线程的终止分为两种形式：一是自然死亡即线程的run()方法正常结束，二是强制终止线程，如调用destory()或stop()命令终止线程。,一、线程的概念,一个线程的生命周期分为生成、运行、等待、终止等阶段，各阶段及状态间的转换条件具体如图所示,一、线程的概念,说明：控制一个线程生命周期最常用的方法有start()方法(启动一个线程)、run()方法(定义线程动作)、sleep()方法(使线程睡眠一段时间)、suspend()方法(使线程挂起)、resume()方法(恢复挂起的线程)、yield()方法(把线程移到队列的尾部)、stop()方法(结束线程生命周期并执行清理工作)、destroy()方法(结束线程生命周期但不做清理工作)、wait()方法(使一个线程进入等待状态)、notify()方法(将等待线程激活)。,一、线程的概念,(1)start()：线程调用该方法启动一个线程，使之从新建状态进入就绪队列，一旦获得CPU就可以脱离创建它的主线程独立开始自己的生命周期。(2)run()：线程的所有活动都是通过线程体run()方法定义，并实现线程对象被调用之后所执行的操作。(3) stop()：为强制终止某个线程的执行，Thread类提供了线程最后一个控制即停止方法stop()。(4) suspend()：在Java语言程序中经常需要挂起一个线程而不指定多少时间，此时可用Thread类提供的suspend()方法，这个方法并不永久地停止线程。(5) resume()：暂停的线程可以重新激活，重新激活的方法为resume()方法。由于suspend()包含了对象锁，所以它使线程极易出现死锁现象，即被锁住的对象在永久地等待resume()方法，对暂停的线程不能使用start()方法重新启动该线程。(6) isAlive()：一个线程已经启动而且没有停止则被认为是激活的，可通过测试线程来判断线程是否被激活。测试方法为isAlive()，如果isAlive()方法返回true，则该线程是激活的。,一、线程的概念,(7) sleep()：Java语言Thread类中提供的sleep()方法是简单地告诉线程休息多少个毫秒的时间，如果想要推迟一个线程的执行，则可以使用sleep()方法。当线程睡眠的时候，sleep()方法并不占用系统资源，其他的线程仍然可以继续工作。一旦延迟时间完毕，则该休眠线程就被激活。sleep()方法的基本调用形式采用一个以毫秒为单位的参数，它使线程暂停一段规定的延时时间。当延时完成后，线程则继续工作。由于Java运行系统采用了线程调度机制，所以通过在run()的主循环中插入对sleep()的调用，一般都可以使Java语言程序运行得更快一些。因为在正在运行的线程准备进入休眠状态之前，较短的延迟可能造成sleep()结束调度机制的中断，强迫调度机制将其中止，并于稍后重新启动，以便该线程能做完它自己的事情，再进入休眠状态。(8)wait()和notify()：当编写的Java语言程序被分成几个逻辑线程时，需要清晰地知道这些线程之间应怎样相互通讯。例如网络数据交换程序经常需要使用Sleep()、Wait()、Suspend()等方法使一个线程进入等待状态，同时需要另一个线程使用Notify()、Resume()等方法将等待线程激活。,一、线程的概念,Java语言在0bject类中提供了wait()等待和notify()通知方法，其功能是用来使线程之间相互协调。当编写程序处理某些特定事件时，它需要等候某些其他条件(从线程外部加以控制的，相当于外部触发信号)发生变化后来决定事件处理方法，但是同时又不想在自己线程内部一直等待下去。解决处理特定事件的最好方案之一便是使用wait()和notify()方法同时配合检查条件是否满足。在Object类中wait()和notify()的定义为：public class java.lang.0bjectpublic final void notify();/通知方法public final void notifyAll(); /通知所有的等待public final void wait();/等待方法public final void wait(long timeout);public final void wait(long timeout,int nanos); ,一、线程的概念,说明：wait()和notify()方法都属于基础类Object的一部分，不像sleep()、suspend()以及resume()那样属于Thread类的一部分。wait()等待方法可以使一个线程所在的某一个对象的synchronized方法进入等待状态，直到其他线程通过notify()通知方法将它唤醒，而且只有在一个notify()方法发生变化的时候，线程才会被唤醒。在Java语言中，也可以有多个线程同时进入等待状态并等待同一个唤醒消息notifyAll()将它们唤醒。wait()方法允许将线程置入睡眠状态，而同时又积极地等待条件的发生来改变睡眠状态。由此可见，wait()和notify()方法提供了在线程之间进行有效同步的一种手段。wait()和sleep()的区别在于wait()方法在执行期解除对象的锁，而且能够自由地退出wait()方法，因为一个notify()方法便可以强行迫使延迟时间迅速流逝。第二种基本形式为不采用任何参数，它意味着wait()方法会持续执行，不会自行结束，直到其他线程notify()方法的介入为止。,一、线程的概念,wait()和notify()方法是与对象的锁相关联的，即这两个方法操纵对象的锁。在Java语言程序中，无论使用sleep()方法还是suspend()方法，都不会在自己被调用的时候解除对它们所在对象的锁定。但是在线程对象的synchronized方法中调用wait()方法进入等待状态时，却可以解除它所在对象的锁，这就意味着在执行wait()方法期间可以调用线程对象中的其他同步方法。可以将一个wait()方法置入任何同步方法内部，无论在类中是否准备进行涉及线程的处理。事实上，能调用wait()方法的惟一地方是在一个同步的方法或代码块内部。若在一个不同步的方法内调用wait()或者notify()方法，Java语言程序会通过编译，但是在运行程序时，就会出现一个非法监视器状态异常(lllegalMonitorStateException),二、线程的实现方法,线程类Thread Thread类是在Java语言中实现多线程时最常用的类，在Thread类中封装了线程的各种属性和方法。Thread类的成员包括了最常用的启动start()、执行run()、终止stop()、暂停suspend()线程以及设置线程优先级、实现线程之间通信等各种方法。Thread类实现了在Java语言的java.lang.Runnable包中定义的Runnable接口，这个接口只定义了一个公共的run()方法，run()方法是线程的核心，在run()方法里给新产生的进程分配任务，任何实现Runnable接口的类都须实现run()方法，一般在线程类的run()方法中放置线程的主处理逻辑。,二、线程的实现方法,Runnable接口定义为：public interface java.lang.Runnable public abstract void run();Thread类的start()方法用于开始线程的执行，调用start()方法将导致run()方法的执行，除此之外start()方法不做任何事情。当线程进入run()方法后便可执行里面的任何程序，一旦run()方法中的程序代码被执行完毕，则意味着这个线程的自动结束。run()方法是线程执行的主体，在Java语言应用程序中main()方法是应用程序的执行起点，对于线程而言run()方法就是线程的执行起点。线程默认的run()方法是不做任何事情的，需要通过重载run()方法来完成线程任务。,