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第八章第八章 线程线程 本章导读本章导读n Java中的线程n 线程的生命周期n 线程的优先级与调度管理n Thread的子类创建线程n Runable接口n 线程同步n wait()、notify 和notifyAll()方法n 挂起、恢复和终止线程n 线程的联合n 守护线程1第八章 线程 本章导读1线程概述线程概述 Java语言的一大特点就是内置对多线程的支持（java.lang包中的Thread类）。多线程是指同时存在几个执行体，按几条不同的执行线索共同工作的情况，它使得编程人员可以很方便地开发出具有多线程功能、能同时处理多个任务的功能强大的应用程序。虽然执行线程给人一种几个事件同时发生的感觉，但这只是一种错觉，因为我们的计算机在任何给定的时刻只能执行这些线程中的一个。为了建立这些线程正在同步执行的感觉，Java快速地把控制从一个线程切换到另一个线程。class Qution public static void main(String args)while(true)System.out.println(123);while(true)System.out.println(abc);2线程概述 Java语言的一大特点就是内置8.1 Java中的线程中的线程 程序是一段静态的代码，它是应用软件执行的蓝本。进程是程序的一次动态执行过程，它对应了从代码加载、执行至执行完毕的一个完整过程，这个过程也是进程本身从产生、发展至消亡的过程。线程是比进程更小的执行单位。一个进程在其执行过程中，可以产生多个线程，形成多条执行线索，每条线索，即每个线程也有它自身的产生、存在和消亡的过程，也是一个动态的概念。Java应用程序总是从主类的main方法开始执行。当JVM加载代码，发现main方法之后，就会启动一个线程，这个线程称为“主线程”，该线程负责执行main方法。那么，在main方法中再创建的线程，就称为主线程中的线程。如果main方法中没有创建其他线程，那么当main方法执行完最后一个语句，即main方法返回时，JVM就会结束该Java应用程序。如果main方法中又创建了其他线程，那么JVM就要在主线程和其他线程之间轮流切换，保证每个线程都有机会使用CPU资源，main方法即使执行完最后的语句，JVM也不会结束该程序，JVM一直要等到主线程中的所有线程都结束之后，才结束该Java应用程序。38.1 Java中的线程 程序是一段静态的代码，8.2 线程的生命周期线程的生命周期 在Java语言中，Thread类及其子类创建的对象称为线程。新建的线程在它的一个完整的生命周期中通常要经历4种状态。1）新建:线程对象被声明并创建时 2）运行:线程对象调用start()方法3）中断:中断的原因消除时,线程可以从中断处继续运行.有4种原因的中断：*JVM将CPU资源从当前线程切换给其他线程 *线程使用CPU资源期间，执行了sleep(int millsecond)方法 *线程使用CPU资源期间，执行了wait()方法 *线程使用CPU资源期间，执行某个操作进入阻塞状态4）死亡:释放分配给线程对象的内存。线程死亡的原因有二：即执行完run()方法中的全部语句或或线程被提前强制性终止,即强制run()方法结束。例8-1 Thread的子类WriteWordThread创建了两个线程。注注:上述程序在不同的计算机运行或在同一台计算机反复运行的结果不尽相同，输出结果依赖当前CPU资源的使用情况。为了使结果尽量不依赖于当前CPU资源的使用情况，我们应当让线程主动调用sleep()方法让出CPU的使用权进入中断状态。例8-2 48.2 线程的生命周期 在Java语言中，Thread例子8-1效果图5例子8-1效果图58.3 线程的优先级与调度管理线程的优先级与调度管理 Java虚拟机中的线程调度器负责管理线程，调度器把线程的优先级分为10个级别，分别用Thread类中的类常量表示。每个Java线程的优先级都在常数1（Thread.MIN PRIORITY）到常数10（Thread.MAX_PRIORITY）的范围内。如果没有明确地设置线程的优先级别，每个线程的优先级都为常数5(包括主线)Thread.NORM_PRIORITYThread.NORM_PRIORITY。线程的优先级可以通过setPriority(int grade)方法调整，这一方法需要一个int类型参数。有些操作系统只能识别3个级别：1，5，10。在采用时间片的系统中，每个线程都有机会获得CPU的使用权，以便使用CPU资源执行线程中的操作。当线程使用CPU资源的时间结束后，即使线程没有完成自己的全部操作，Java调度器也会中断当前线程的执行，把CPU的使用权切换给下一个排队等待的线程，当前线程将等待CPU资源的下一次轮回，然后从中断处继续执行。Java调度器的任务是使高优先级的线程能始终运行，一旦时间片有空闲，则使具有同等优先级的线程以轮流的方式顺序使用时间片。68.3 线程的优先级与调度管理 Java虚拟机8.4 Thread 的子类创建线程的子类创建线程 在Java语言中，用Thread类或子类创建线程对象。用户可以扩展 Thread类，但需要重写父类的run()方法，其目的是规定线程的具体操作，否则线程就什么也不做，因为父类的run()方法中没有任何操作语句。例子8-3中除主线程外还有两个线程，这两个线程分别在命令行窗口的左侧和右侧顺序地一行一行地输出字符串。主线程负责判断输出的行数，当其中任何一个线程输出8行后，就结束进程。本例题中用到了System类中的类方法exit(int n)，主线程使用该方法结束整个程序。78.4 Thread 的子类创建线程 在Java语8.5 Runnable接口接口 使用Thread子类创建线程的优点是：我们可以在子类中增加新的成员变量，使线程具有某种属性，也可以在子类中新增加方法，使线程具有某种功能。但是，Java不支持多继承，Thread类的子类不能再扩展其他的类。88.5 Runnable接口 使用Threa1Runnable接口与目标对象 创建线程的另一个途径就是用Thread类直接创建线程对象。使用Thread创建线程对象时，通常使用的构造方法是：Thread（Runnable target）该构造方法中的参数是一个Runnable类型的接口，因此，在创建线程对象时必须向构造方法的参数传递一个实现Runnable接口类的实例，该实例对象称作所创线程的目标对象，当线程调用start()方法后，一旦轮到它来享用CPU资源，目标对象就会自动调用接口中的run()方法（接口回调），这一过程是自动实现的，用户程序只需要让线程调用start()方法即可，也就是说，当线程被调度并转入运行状态时，所执行的就是run()方法中所规定的操作。例8-4不使用Thread类的子类创建线程,而是使用Thread类创建left和right线程。线程间可以共享相同的内存单元（包括代码与数据）,并利用这些共享单元来实现数据交换、实时通信和必要的同步操作。例8-5中,线程zhang和cheng使用同一目标对象.两个线程共享目标对象的money。当money的值小于100时,线程zhang结束自己的run()方法进入死亡状态；当money的值小于60时,线程cheng结束自己的run()方法进入死亡状态,(效果如图8.2所示)。例8-6中中共有4个线程threadA、threadB、threadC和threadD,其中threadA和threadB的目标对象a1，threadC和threadD的目标对象是a2。threadA和threadB共享a1的成员number，而threadC和threadD共享a2的成员number。91Runnable接口与目标对象 创建线程的另一例子8-5效果图10例子8-5效果图102目标对象与线程的关 目标对象和线程的关系有以下两种情景。1 1）目标对象和线程完全解藕）目标对象和线程完全解藕 在上述例8-5中，创建目标对象的Bank类并没有组合zhang和cheng线程对象，也就是说Bank创建的目标对象bank不包含对象zhang和cheng线程对象的引用（完全解藕）。在这种情况下，目标对象经常需要通过获得线程的名字（因为无法获得线程对象的引用）：String name=Thread.currentThread().getName();String name=Thread.currentThread().getName();以便确定是哪个线程正在占用CPU资源，即被JVM正在执行的线程。2 2）目标对象组合线程（弱藕合）目标对象组合线程（弱藕合）目标对象可以组合线程，即将线程作为自己的成员（弱藕合），比如让线程zhang和cheng在bank中。当创建目标对象类组合线程对象时，目标对象可以通过获得线程对象的引用：Thread.currentThread();Thread.currentThread();来确定是哪个线程正在占用CPU资源，即被JVM正在执行的线程，如下面的例8-7中代码所示。112目标对象与线程的关 目标对象和线程的关系有以下两种情3 关于run()方法中的局部变量 对于具有相同目标对象的线程，当其中一个线程享用CPU资源时，目标对象自动调用接口中的run()方法，这时run()方法中的局部变量被分配内存空间。当轮到另一个线程享用CPU资源时，目标对象会再次调用接口中的run()方法，那么run()方法中的局部变量会再次分配内存空间。也就是说，run()方法已经启动运行了两次，分别运行在不同的线程中，即运行在不同的时间片内。我们称run()方法中的局部变量为线程的局部变量，不同线程的run()方法中的局部变量互不干扰，一个线程改变了自己的run()方法中局部变量的值不会影响其他线程的run()方法中的局部变量。例8-8演示了两个线程的run()方法中的局部变量互不干扰（效果如图8.3所示）。123 关于run()方法中的局部变量 对于具有相同目标对象8.6 线程的常用方法线程的常用方法_1 1 1start()start()线程调用该方法将启动线程,使之从新建状态进入就绪队列排队,一旦轮到它来享用CPU资源时,就可以脱离创建它的主线程独立开始自己的生命周期了。2 2run()run()Thread类的run()方法与Runnable接口中的run()方法的功能和作用相同，都用来定义线程对象被调度之后所执行的操作，都是系统自动调用而用户程序不得引用的方法。Thread类中，run()方法没有具体内容，所以用户程序需要创建自己的Thread类的子类，并重写run()方法来覆盖原来的run()方法。当run()方法执行完毕，线程就变成死亡状态。在线程没有结束run()方法之前，不建议让线程再调用start()方法，否则将发生IllegalThreadStateException异常。3 3sleep(int millsecond)sleep(int millsecond)有时，优先级高的线程需要优先级低的线程做一些工作来配合它，或者优先级高的线程需要完成一些费时的操作，此时优先级高的线程应该让出处理器，使优先级低的线程有机会执行。为达到这个目的，优先级高的线程可以在它的run()方法中调用sleep()方法来使自己放弃处理器资源，休眠一段时间。休眠时间的长短由sleep()方法的参数决定，millsecond是毫秒为单位的休眠时间。如果线程在休眠时被打断，JVM就抛出InterruptedException异常。因此，必须在try-catch语句块中调用sleep()方法。138.6 线程的常用方法_1 1start()138.6 线程的常用方法线程的常用方法_2 4 4isAlive()isAlive()在线程的run方法结束之前，即没有进入死亡状态之前，线程调用isAlive()方法返回true，当线程进入死亡状态后（实体内存被释放），线程仍可以调用方法isAlive（），这时返回的值是false。需要注意的是，一个已经运行的线程在没有进入死亡状态时，不要再给线程分配实体，由于线程只能引用最后分配的实体，先前的实体就会成为“垃圾”，并且不会被垃圾收集机收集掉。内存示意如图8.4、图8.5所示。例8-9中,一个线程每隔1秒钟在命令行窗口输出机器的当前时间，在输出3秒之后,该线程又被分配了实体，新实体又开始运行。这时，我们在命令行每秒钟能看见两行当前时间,因为垃圾实体仍然在工作(效果如图8.6所示)。5 5currentThread()currentThread()currentThread()方法是Thread类中的类方法，可以用类名调用，该方法返回当前正在使用CPU资源的线程。6 6interrupt()interrupt()当一些线程调用sleep()方法处于休眠状态时,一个使用CPU资源的其他线程在执行过程中，可以让休眠的线程分别调用interrupt()方法“吵醒”自己，即导致休眠的线程发生InterruptedException异常，从而结束休眠，重新排队等待CPU资源。例8-10中有3个线程zhangXiao、zhengMing和teacher，其中2个线程zhangXiao和zhengMing准备休眠10秒钟后，再输出“早上好！”。teacher线程在输出3句“上课”后，吵醒休眠的线程：zhangXiao，zhangXiao被吵醒后再吵醒zhengMing（效果如图8.7所示）。148.6 线程的常用方法_2 4isAlive()1图8.4、图8.5、图8.6、图8.715图8.4、图8.5、图8.6、图8.7158.7 线程同步线程同步 问问题题:两个或多个线程会同时访问同一个变量，并且一个线程需要修改这个变量。我们应对这样的问题做出处理，否则可能发生混乱。解决解决:把修改数据的方法用关键字synchronized来修饰。一个方法使用关键字synchronized修饰后，如果一个线程A占有CPU资源期间，使得该方法被调用执行，同步方法调用执行完毕之前，其他占有CPU资源的线程一旦调用这个同步方法就会引起堵塞，堵塞的线程要一直等到堵塞的原因消除（同步方法返回），再排队等待CPU资源，以便使用这个同步方法。所谓线程同步就是若干个线程都需要使用一个synchronized修饰的方法。例子8-11中有两个线程：accountant和cashier，它们共同拥有一个账本。它们都可以使用saveOrTake(int number)对账本进行访问，会计使用saveOrTake()方法时，向账本上写入存钱记录；出纳使用saveOrTake()方法时，向账本写入取钱记录。因此，当会计正在使用saveOrTake()方法时，出纳被禁止使用，反之也是这样。比如，会计每次使用saveOrTake()方法时，在账本上存入90万元，在存入这笔钱时，分3次存完，每存入30万元，就喝口茶，那么他喝茶休息时（注意：存钱这件事还没结束，即会计还没有使用完saveOrTake()方法），出纳仍不能使用saveOrTake()方法。我们要保证其中一人使用saveOrTake()方法时，另一个人将必须等待（效果如图8.8所示）。168.7 线程同步 问题:两个或多个线程会同时例子8-11效果 如图8.817例子8-11效果 如图8.8178.8 使用使用wait()、notify()和和notifyall()协调同步线程协调同步线程 wait()wait()、notify()notify()和和notifyAll()notifyAll()都是Object类中的final方法，被所有的类继承，且不允许重写。wait()wait()方方法法可以中断线程的执行，使本线程等待，暂时让出CPU的使用权，并允许其他线程这个同步方法。其他线程如果在使用这个同步方法时不需要等待，那么它使用完这个同步方法的同时，应当用notifyAll()notifyAll()方方法法通知所有的由于使用这个同步方法而处于等待的线程结束等待。曾中断的线程就会重新排队等待CPU资源，以便从刚才的中断处继续执行这个同步方法 注意：如果使用notify()notify()，那么只是通知处于等待中的线程的某一个结束等待。例子8-12中，为了避免复杂数学算法，我们模拟3个人排队买票，每人买1张票。售票员只有1张五元的钱，电影票五元钱一张。张某拿1张二十元的人民币排在孙某前面买票，孙某拿1张十元的人民币排在赵的前面买票，赵某拿1张五元的人民币排在最后。那么，最终的卖票次序应当是孙、赵、张（效果如图8.9所示）。188.8 使用wait()、notify()和notifya例子8-12效果 如图8.919例子8-12效果 如图8.9198.9 挂起、恢复和终止线程 所所谓谓挂挂起起一个线程就是让线程暂时让出CPU的使用权限，暂时停止执行，但停止执行的持续时间不确定，因此不能使用sleep()方法暂停线程。如果线程有目标对象，那么当前线程在占有CPU期间，只要让其目标对象在某个同步方法中调用wait()就可以挂起当前线程。为了恢恢复复这个挂起的线程（从曾中断处继续线程的执行），其他线程在占有CPU资源期间，让挂起的线程的目标对象在同步方法中调用notifyAll()方法即可。如果线程没有目标对象（用Thread子类创建的线程），那么当前线程当前线程在占有CPU期间，只要在某个同步方法中调用wait()就可以挂起自己。为了恢恢复复这个挂起的线程，其他线程在占有CPU资源期间，让挂起的线程在同步方法中调用notifyAll()方法即可。终止线程终止线程就是让线程结束run方法的执行进入死亡状态。例子8-13中，线程thread每隔一秒钟输出一个整数，输出3个整数后，该线程挂起；主线程负责恢复thread线程继续执行.例子8-14中，thread是用Thread的子类创建的对象，每隔一秒钟输出一个整数，输出3个整数后，该线程挂起。主线程负责恢复thread线程继续执行。208.9 挂起、恢复和终止线程 所谓挂起一个线程就是8.10 线程联合线程联合 一个线程A在占有CPU资源期间，可以让其他线程调用join()和本线程联合，如 B.join();B.join();我们称A在运行期间联合了B。如果线程A在占有CPU资源期间一旦联合线程B，那么A线程将立刻中断执行，一直等到它联合的线程B执行完毕，线程A再重新排队等待CPU资源，以便恢复执行。如果A准备联合的B已经结束，那么B.join()B.join()不会产生任何效果。例8-15中，一个线程在运行期间联合了另外一个线程（效果如图8.10所示）。218.10 线程联合 一个线程A在占有CPU资源期间，8.10 守护线程守护线程 一个线程调用void void setDaemon(boolean setDaemon(boolean on)on)方法可以将自己设置成一个守护（Daemon）线程，如 thread.setDaemon(true);thread.setDaemon(true);线程默认是非守护线程，非守护线程也称为用户（user）线程。当程序中的所有用户线程都已结束运行时，即使守护线程的runrun()()方法方法中还有需要执行的语句，守护线程也立刻结束运行。一般用守护线程做一些不是很严格的工作，线程的随时结束不会产生什么不良的后果。一个线程必须在运行之前设置自己是否是守护线程。例8-16中有一个守护线程。228.10 守护线程 一个线程调用void setDa2323
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