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java多线程总结

发表于: 2012-08-23   作者:为了明天   来源:转载   浏览:
摘要: 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; …
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;

…

 

}



先看一个简单的例子:


/**

 * @author Rollen-Holt 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;

}


【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

B运行     1

B运行     2

B运行     3

B运行     4

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 Rollen-Holt 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。关于代理模式,我曾经写过一个小例子呵呵,大家有兴趣的话可以看一下:http://www.cnblogs.com/rollenholt/archive/2011/08/18/2144847.html

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 Rollen-Holt 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:



/**

 * @author Rollen-Holt 继承Thread类,不能资源共享

 * */

class hello implements Runnable {

    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 he=new hello();

        new Thread(he).start();

    }

 

    private int count = 5;

}


【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 Rollen-Holt 

 * 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。



在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实习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 Rollen-Holt 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 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上。

那么如何解决呢?

加入同步

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》

java多线程总结

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