Java多线程
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Java多线程
mjhuang 发表于4年前
Java多线程
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在java中要想实现多线程,有两种手段,一种是继续Thread类,另外一种是实现Runable接口。

对于直接继承Thread的类来说,代码大致框架是:

class 类名 extends Thread {
方法1;
方法2;
…
public void run(){
// other code…
}
属性1;
属性2;
…
 
}

来看一个简单的例子:

/**
 * @author mj 继承Thread类,直接调用run方法
 * */
class hello extends Thread {
    public hello() { 
    }
 
    public hello(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void run() {        
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(name + "运行     " + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {        
        hello h1=new hello("A");
        hello h2=new hello("B");
        h1.run();
        h2.run();
    }
    private String name;
}

我们会发现这些都是顺序执行的,说明我们的调用方法不对,应该调用的是start()方法。

当我们把上面的主函数修改为如下所示的时候:

public static void main(String[] args) {
        hello h1=new hello("A");
        hello h2=new hello("B");
        h1.start();
        h2.start();
    }

然后运行程序,输出的可能的结果如下:

A运行     0

B运行     0

B运行     1

B运行     2

B运行     3

B运行     4

A运行     1

A运行     2

A运行     3

A运行     4

因为需要用到CPU的资源,所以每次的运行结果基本是都不一样的,呵呵。

注意:虽然我们在这里调用的是start()方法,但是实际上调用的还是run()方法的主体。

那么:为什么我们不能直接调用run()方法呢?

我的理解是:线程的运行需要本地操作系统的支持。

如果你查看start的源代码的时候,会发现

public synchronized void start() {
        /**
     * This method is not invoked for the main method thread or "system"
     * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added 
     * to this method in the future may have to also be added to the VM.
     *
     * A zero status value corresponds to state "NEW".
         */
        if (threadStatus != 0 || this != me)
            throw new IllegalThreadStateException();
        group.add(this);
        start0();
        if (stopBeforeStart) {
        stop0(throwableFromStop);
    }
}
private native void start0();

注意我用红色加粗的那一条语句,说明此处调用的是start0()。并且这个这个方法用了native关键字,次关键字表示调用本地操作系统的函数。因为多线程的实现需要本地操作系统的支持。

但是start方法重复调用的话,会出现java.lang.IllegalThreadStateException异常。

通过实现Runnable接口:

大致框架是:

class 类名 implements Runnable{
方法1;
方法2;
…
public void run(){
// other code…
}
属性1;
属性2;
…
 
}

来先看一个小例子吧:

/**
 * @author mj 实现Runnable接口
 * */
class hello implements Runnable {
 
    public hello() {
 
    }
 
    public hello(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(name + "运行     " + i);
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello h1=new hello("线程A");
        Thread demo= new Thread(h1);
        hello h2=new hello("线程B");
        Thread demo1=new Thread(h2);
        demo.start();
        demo1.start();
    }
 
    private String name;
}

【可能的运行结果】:

线程A运行         0

线程B运行     0

线程B运行     1

线程B运行     2

线程B运行     3

线程B运行     4

线程A运行          1

线程A运行     2

线程A运行     3

线程A运行     4

关于选择继承Thread还是实现Runnable接口?

其实Thread也是实现Runnable接口的

class Thread implements Runnable {
    //…
public void run() {
        if (target != null) {
             target.run();
        }
        }
}

其实Thread中的run方法调用的是Runnable接口的run方法。不知道大家发现没有,Thread和Runnable都实现了run方法,这种操作模式其实就是代理模式。

Thread和Runnable的区别:

如果一个类继承Thread,则不适合资源共享。但是如果实现了Runable接口的话,则很容易的实现资源共享。

/**
 * @author mj 继承Thread类,不能资源共享
 * */
class hello extends Thread {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 7; i++) {
            if (count > 0) {
                System.out.println("count= " + count--);
            }
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello h1 = new hello();
        hello h2 = new hello();
        hello h3 = new hello();
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
    }
 
    private int count = 5;
}

【运行结果】:

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

大家可以想象,如果这个是一个买票系统的话,如果count表示的是车票的数量的话,说明并没有实现资源的共享。

我们换为Runnable接口

class MyThread implements Runnable{
 
    private int ticket = 5;  //5张票
 
    public void run() {
        for (int i=0; i<=20; i++) {
            if (this.ticket > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "正在卖票"+this.ticket--);
            }
        }
    }
}
public class lzwCode {
     
    public static void main(String [] args) {
        MyThread my = new MyThread();
        new Thread(my, "1号窗口").start();
        new Thread(my, "2号窗口").start();
        new Thread(my, "3号窗口").start();
    }
}

  

【运行结果】:

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

总结一下吧:

实现Runnable接口比继承Thread类所具有的优势:

1):适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源

2):可以避免java中的单继承的限制

3):增加程序的健壮性,代码可以被多个线程共享,代码和数据独立。

 

所以,本人建议大家劲量实现接口。

/**
 * @author mj 
 * 取得线程的名称
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        new Thread(he,"A").start();
        new Thread(he,"B").start();
        new Thread(he).start();

【运行结果】:

A

A

A

B

B

B

Thread-0

Thread-0

Thread-0

说明如果我们没有指定名字的话,系统自动提供名字。

提醒一下大家:main方法其实也是一个线程。在java中所以的线程都是同时启动的,至于什么时候,哪个先执行,完全看谁先得到CPU的资源。

 

java中,每次程序运行至少启动2个线程。一个是main线程,一个是垃圾收集线程。因为每当使用java命令执行一个类的时候,实际上都会启动一个JVM,每一个jVM实际在就是在操作系统中启动了一个进程。

判断线程是否启动:

/**
 * @author mj 判断线程是否启动
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread demo = new Thread(he);
        System.out.println("线程启动之前---》" + demo.isAlive());
        demo.start();
        System.out.println("线程启动之后---》" + demo.isAlive());
    }
}

【运行结果】

线程启动之前---false

线程启动之后---true

Thread-0

Thread-0

Thread-0

主线程也有可能在子线程结束之前结束。并且子线程不受影响,不会因为主线程的结束而结束。

 

线程的强制执行:

/**
     * @author Rollen-Holt 线程的强制执行
     * */
    class hello implements Runnable {
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            }
        }
     
        public static void main(String[] args) {
            hello he = new hello();
            Thread demo = new Thread(he,"线程");
            demo.start();
            for(int i=0;i<50;++i){
                if(i>10){
                    try{
                        demo.join();  //强制执行demo
                    }catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("main 线程执行-->"+i);
            }
        }
    }

【运行的结果】:

main 线程执行-->0

main 线程执行-->1

main 线程执行-->2

main 线程执行-->3

main 线程执行-->4

main 线程执行-->5

main 线程执行-->6

main 线程执行-->7

main 线程执行-->8

main 线程执行-->9

main 线程执行-->10

线程

线程

线程

main 线程执行-->11

main 线程执行-->12

main 线程执行-->13

...

 

线程的休眠:

/**
 * @author Rollen-Holt 线程的休眠
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + i);
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread demo = new Thread(he, "线程");
        demo.start();
    }
}

【运行结果】:(结果每隔2s输出一个)

线程0

线程1

线程2

 

线程的中断:

/**
 * @author Rollen-Holt 线程的中断
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        System.out.println("执行run方法");
        try {
            Thread.sleep(10000);
            System.out.println("线程完成休眠");
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("休眠被打断");
            return;  //返回到程序的调用处
        }
        System.out.println("线程正常终止");
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread demo = new Thread(he, "线程");
        demo.start();
        try{
            Thread.sleep(2000);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        demo.interrupt(); //2s后中断线程
    }
}

【运行结果】:

执行run方法

休眠被打断

 

在java程序中,只要前台有一个线程在运行,整个java程序进程不会消失,所以此时可以设置一个后台线程,这样即使java进程消失了,此后台线程依然能够继续运行。

/**
 * @author Rollen-Holt 后台线程
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在运行");
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread demo = new Thread(he, "线程");
        demo.setDaemon(true);
        demo.start();
    }
}

虽然有一个死循环,但是程序还是可以执行完的。因为在死循环中的线程操作已经设置为后台运行了。

线程的优先级:

/**
 * @author Rollen-Holt 线程的优先级
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for(int i=0;i<5;++i){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"运行"+i);
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        Thread h1=new Thread(new hello(),"A");
        Thread h2=new Thread(new hello(),"B");
        Thread h3=new Thread(new hello(),"C");
        h1.setPriority(8);
        h2.setPriority(2);
        h3.setPriority(6);
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
         
    }
}

【运行结果】:

A运行0

A运行1

A运行2

A运行3

A运行4

B运行0

C运行0

C运行1

C运行2

C运行3

C运行4

B运行1

B运行2

B运行3

B运行4

。但是请读者不要误以为优先级越高就先执行。谁先执行还是取决于谁先去的CPU的资源、

 

另外,主线程的优先级是5.

线程的礼让。

在线程操作中,也可以使用yield()方法,将一个线程的操作暂时交给其他线程执行。

/**
 * @author Rollen-Holt 线程的优先级
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for(int i=0;i<5;++i){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"运行"+i);
            if(i==3){
                System.out.println("线程的礼让");
                Thread.currentThread().yield();
            }
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        Thread h1=new Thread(new hello(),"A");
        Thread h2=new Thread(new hello(),"B");
        h1.start();
        h2.start();
         
    }
}

A运行0

A运行1

A运行2

A运行3

线程的礼让

A运行4

B运行0

B运行1

B运行2

B运行3

线程的礼让

B运行4

 

 

同步和死锁:

【问题引出】:比如说对于买票系统,有下面的代码

/**
 * @author Rollen-Holt 
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for(int i=0;i<10;++i){
            if(count>0){
                try{
                    Thread.sleep(1000);
                }catch(InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(count--);
            }
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he=new hello();
        Thread h1=new Thread(he);
        Thread h2=new Thread(he);
        Thread h3=new Thread(he);
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
    }
    private int count=5;
}

【运行结果】:

5

4

3

2

1

0

-1

这里出现了-1,显然这个是错的。,应该票数不能为负值。

如果想解决这种问题,就需要使用同步。所谓同步就是在统一时间段中只有有一个线程运行,

其他的线程必须等到这个线程结束之后才能继续执行。

【使用线程同步解决问题】

采用同步的话,可以使用同步代码块和同步方法两种来完成。

 

【同步代码块】:

语法格式:

synchronized(同步对象){

 //需要同步的代码

}

但是一般都把当前对象this作为同步对象。

比如对于上面的买票的问题,如下:

/**
 * @author Rollen-Holt 
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for(int i=0;i<10;++i){
            synchronized (this) {
                if(count>0){
                    try{
                        Thread.sleep(1000);
                    }catch(InterruptedException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(count--);
                }
            }
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he=new hello();
        Thread h1=new Thread(he);
        Thread h2=new Thread(he);
        Thread h3=new Thread(he);
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
    }
    private int count=5;
}

【运行结果】:(每一秒输出一个结果)

5

4

3

2

1

【同步方法】

也可以采用同步方法。

语法格式为synchronized 方法返回类型方法名(参数列表){

    // 其他代码

}

现在,我们采用同步方法解决上面的问题。

/**
 * @author Rollen-Holt
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            sale();
        }
    }
 
    public synchronized void sale() {
        if (count > 0) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(count--);
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread h1 = new Thread(he);
        Thread h2 = new Thread(he);
        Thread h3 = new Thread(he);
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
    }
 
    private int count = 5;
}

【运行结果】(每秒输出一个)

5

4

3

2

1

提醒一下,当多个线程共享一个资源的时候需要进行同步,但是过多的同步可能导致死锁。

此处列举经典的生产者和消费者问题。

【生产者和消费者问题】

先看一段有问题的代码。

class Info {
 
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public int getAge() {
        return age;
    }
 
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
 
    private String name = "Rollen";
    private int age = 20;
}
 
/**
 * 生产者
 * */
class Producer implements Runnable{
    private Info info=null;
    Producer(Info info){
        this.info=info;
    }
     
    public void run(){
        boolean flag=false;
        for(int i=0;i<25;++i){
            if(flag){
                this.info.setName("Rollen");
                try{
                    Thread.sleep(100);
                }catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                this.info.setAge(20);
                flag=false;
            }else{
                this.info.setName("chunGe");
                try{
                    Thread.sleep(100);
                }catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                this.info.setAge(100);
                flag=true;
            }
        }
    }
}
/**
 * 消费者类
 * */
class Consumer implements Runnable{
    private Info info=null;
    public Consumer(Info info){
        this.info=info;
    }
     
    public void run(){
        for(int i=0;i<25;++i){
            try{
                Thread.sleep(100);
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(this.info.getName()+"<---->"+this.info.getAge());
        }
    }
}
 
/**
 * 测试类
 * */
class hello{
    public static void main(String[] args) {
        Info info=new Info();
        Producer pro=new Producer(info);
        Consumer con=new Consumer(info);
        new Thread(pro).start();
        new Thread(con).start();
    }
}

【运行结果】:

Rollen<---->100

chunGe<---->20

chunGe<---->100

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

Rollen<---->100

Rollen<---->100

chunGe<---->20

chunGe<---->20

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

大家可以从结果中看到,名字和年龄并没有对应。

 

那么如何解决呢?

1)加入同步

2)加入等待和唤醒

先来看看加入同步会是如何。

class Info {
     
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public int getAge() {
        return age;
    }
 
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
 
    public synchronized void set(String name, int age){
        this.name=name;
        try{
            Thread.sleep(100);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.age=age;
    }
     
    public synchronized void get(){
        try{
            Thread.sleep(100);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(this.getName()+"<===>"+this.getAge());
    }
    private String name = "Rollen";
    private int age = 20;
}
 
/**
 * 生产者
 * */
class Producer implements Runnable {
    private Info info = null;
 
    Producer(Info info) {
        this.info = info;
    }
 
    public void run() {
        boolean flag = false;
        for (int i = 0; i < 25; ++i) {
            if (flag) {
                 
                this.info.set("Rollen", 20);
                flag = false;
            } else {
                this.info.set("ChunGe", 100);
                flag = true;
            }
        }
    }
}
 
/**
 * 消费者类
 * */
class Consumer implements Runnable {
    private Info info = null;
 
    public Consumer(Info info) {
        this.info = info;
    }
 
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 25; ++i) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            this.info.get();
        }
    }
}
 
/**
 * 测试类
 * */
class hello {
    public static void main(String[] args) {
        Info info = new Info();
        Producer pro = new Producer(info);
        Consumer con = new Consumer(info);
        new Thread(pro).start();
        new Thread(con).start();
    }
}

【运行结果】:

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

ChunGe<===>100

从运行结果来看,错乱的问题解决了,现在是Rollen 对应20,ChunGe对于100,但是还是出现了重复读取的问题,也肯定有重复覆盖的问题。如果想解决这个问题,就需要使用Object类帮忙了、我们可以使用其中的等待和唤醒操作。

要完成上面的功能,我们只需要修改Info类饥渴,在其中加上标志位,并且通过判断标志位完成等待和唤醒的操作,代码如下:

class Info {
     
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public int getAge() {
        return age;
    }
 
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
 
    public synchronized void set(String name, int age){
        if(!flag){
            try{
                super.wait();
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        this.name=name;
        try{
            Thread.sleep(100);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.age=age;
        flag=false;
        super.notify();
    }
     
    public synchronized void get(){
        if(flag){
            try{
                super.wait();
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
         
        try{
            Thread.sleep(100);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(this.getName()+"<===>"+this.getAge());
        flag=true;
        super.notify();
    }
    private String name = "Rollen";
    private int age = 20;
    private boolean flag=false;
}
 
/**
 * 生产者
 * */
class Producer implements Runnable {
    private Info info = null;
 
    Producer(Info info) {
        this.info = info;
    }
 
    public void run() {
        boolean flag = false;
        for (int i = 0; i < 25; ++i) {
            if (flag) {
                 
                this.info.set("Rollen", 20);
                flag = false;
            } else {
                this.info.set("ChunGe", 100);
                flag = true;
            }
        }
    }
}
 
/**
 * 消费者类
 * */
class Consumer implements Runnable {
    private Info info = null;
 
    public Consumer(Info info) {
        this.info = info;
    }
 
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 25; ++i) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            this.info.get();
        }
    }
}
 
/**
 * 测试类
 * */
class hello {
    public static void main(String[] args) {
        Info info = new Info();
        Producer pro = new Producer(info);
        Consumer con = new Consumer(info);
        new Thread(pro).start();
        new Thread(con).start();
    }
}

【程序运行结果】:
Rollen<===> 20
ChunGe<===> 100
Rollen<===> 20
ChunGe<===> 100
Rollen<===> 20
ChunGe<===> 100
Rollen<===> 20
ChunGe<===> 100
Rollen<===> 20
ChunGe<===> 100
Rollen<===> 20
ChunGe<===> 100
Rollen<===> 20
ChunGe<===> 100
Rollen<===> 20
ChunGe<===> 100
Rollen<===> 20
ChunGe<===> 100
Rollen<===> 20
ChunGe<===> 100
Rollen<===> 20
ChunGe<===> 100
Rollen<===> 20
ChunGe<===> 100
Rollen<===> 20
先在看结果就可以知道,之前的问题完全解决。

《完》

PS(写在后面):

本人深知学的太差,所以希望大家能多多指点。另外,关于多线程其实有很多的知识,由于目前我也就知道的不太多,写了一些常用的。虽然在操作系统这门 课上学了很多的线程和进程,比如银行家算法等等的,以后有时间在补充,大家有什么好资料可以留个言,大家一起分享一下,谢谢了。


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