《跨平臺(tái)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言》課件-第10章 多線程

第10章多線程1.多線程程序主講人：_________

多線程程序publicclassExample01{publicstaticvoidmain(String[]args){ MyThread01myThread=newMyThread01();//創(chuàng)建MyThread01實(shí)例對(duì)象 myThread.run();//調(diào)用MyThread01類的run()方法 while(true){//該循環(huán)是一個(gè)死循環(huán)，打印輸出語(yǔ)句 System.out.println("Main方法在運(yùn)行"); }}}classMyThread01{publicvoidrun(){ while(true){//該循環(huán)是一個(gè)死循環(huán)，打印輸出語(yǔ)句 System.out.println("MyThread類的run()方法在運(yùn)行"); }}}在學(xué)習(xí)多線程之前，先來(lái)看一個(gè)單線程程序的案例。具體代碼如下所示。單線程案例多線程程序運(yùn)行代碼，控制臺(tái)顯示的運(yùn)行結(jié)果如下圖所示。運(yùn)行結(jié)果多線程程序由上圖可知，程序一直打印“MyThread類的run()方法在運(yùn)行”，這是因?yàn)樵摮绦蚴且粋€(gè)單線程程序，在調(diào)用MyThread01類的run()方法時(shí)，遇到定義的死循環(huán)中，循環(huán)會(huì)一直進(jìn)行。因此，MyThread類的打印語(yǔ)句將被無(wú)限執(zhí)行，而main()方法中的打印語(yǔ)句無(wú)法得到執(zhí)行。如果希望代碼兩個(gè)while循環(huán)中的的println語(yǔ)句能夠并發(fā)執(zhí)行，就需要實(shí)現(xiàn)多線程。運(yùn)行結(jié)果分析多線程程序?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)多線程，Java提供了一個(gè)線程類Thread，通過(guò)繼承Thread類，并重寫Thread類中的run()方法便可實(shí)現(xiàn)多線程。在Thread類中提供了一個(gè)start()方法用于啟動(dòng)新線程，新線程啟動(dòng)后，JVM會(huì)自動(dòng)調(diào)用run()方法，如果子類重寫了run()方法便會(huì)執(zhí)行子類中的run()方法。線程類Thread多線程程序publicclassExample02{publicstaticvoidmain(String[]args){ MyThread02myThread=newMyThread02();//創(chuàng)建MyThread02的線程對(duì)象

myThread.start();//開啟線程 while(true){//通過(guò)死循環(huán)語(yǔ)句打印輸出 System.out.println("main()方法在運(yùn)行"); }}}classMyThread02extendsThread{

publicvoidrun(){ while(true){//通過(guò)死循環(huán)語(yǔ)句打印輸出 System.out.println("MyThread類的run()方法在運(yùn)行"); }}}下面通過(guò)繼承Thread類的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)多線程。具體代碼如下所示。多線程案例多線程程序運(yùn)行代碼，控制臺(tái)顯示的運(yùn)行結(jié)果如下圖所示。由圖可知，兩個(gè)循環(huán)中的語(yǔ)句都有輸出，說(shuō)明程序?qū)崿F(xiàn)了多線程。運(yùn)行結(jié)果單線程和多線程的區(qū)別從圖可以看出，單線程的程序在運(yùn)行時(shí)，會(huì)按照代碼的調(diào)用順序執(zhí)行，而在多線程中，main()方法和MyThread類的run()方法卻可以同時(shí)運(yùn)行，互不影響。單線程和多線程的區(qū)別第10章多線程2.線程同步主講人：_________

線程安全問(wèn)題假設(shè)售票廳有四個(gè)窗口可發(fā)售某日某次列車的100張車票，這時(shí)100張車票可以看做共享資源，在程序中只能創(chuàng)建一個(gè)售票對(duì)象，然后開啟多個(gè)線程去運(yùn)行同一個(gè)售票對(duì)象的售票方法，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是四個(gè)線程運(yùn)行同一個(gè)售票程序。上述售票案例中，極有可能碰到“意外”情況，例如一張票被打印多次，或者打印出的票號(hào)為0甚至負(fù)數(shù)。這些“意外”都是由多線程操作共享資源ticket所導(dǎo)致的線程安全問(wèn)題。模擬上述所說(shuō)的“意外”情況。假設(shè)四個(gè)窗口同時(shí)出售10張票，并在售票的代碼中使用sleep()方法，令每次售票時(shí)線程休眠300毫秒。具體代碼如下。案例說(shuō)明案例分析線程安全問(wèn)題步驟一：定義SaleThread類并實(shí)現(xiàn)Runnable接口；定義私有int類型變量tickets，表示總票數(shù)，初始值為10；重寫run()方法，在run()方法中使用while循環(huán)售票；調(diào)用sleep()方法使線程休眠300毫秒，用于模擬售票過(guò)程中線程的延遲；具體代碼如下所示：staticclassSaleThreadimplementsRunnable{privateinttickets=10; //tickets表示總票數(shù)：10張票publicvoidrun(){ while(tickets>0){ try{ Thread.sleep(300);//線程休眠300毫秒 }catch(InterruptedExceptione){ e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---賣出的票"+tickets--); }}}案例實(shí)現(xiàn)線程安全問(wèn)題publicclassExample15{publicstaticvoidmain(String[]args){ SaleThreadsaleThread=newSaleThread();//創(chuàng)建SaleThread對(duì)象 //創(chuàng)建并開啟四個(gè)線程 newThread(saleThread,"線程一").start(); newThread(saleThread,"線程二").start(); newThread(saleThread,"線程三").start(); newThread(saleThread,"線程四").start();}}步驟二：定義main()方法，創(chuàng)建并開啟四個(gè)線程，用于模擬四個(gè)售票窗口。具體代碼如下所示：案例實(shí)現(xiàn)線程安全問(wèn)題運(yùn)行結(jié)果從圖中可以看出，最后打印售出的票出現(xiàn)了0和負(fù)數(shù)，這種現(xiàn)象是不應(yīng)該出現(xiàn)的，原因是在售票程序的while循環(huán)中調(diào)用了sleep()方法，出現(xiàn)了線程延遲。假設(shè)當(dāng)票號(hào)減為1時(shí)，線程1獲取了CPU執(zhí)行權(quán)，出售1號(hào)票，對(duì)票號(hào)進(jìn)行判斷后，進(jìn)入while循環(huán)，在售票之前調(diào)用sleep()方法進(jìn)入休眠；線程1休眠之后，線程2獲取了CPU執(zhí)行權(quán)，會(huì)進(jìn)行售票，由于此時(shí)票號(hào)仍為1，所以線程2也會(huì)進(jìn)入循環(huán)。同理，線程3和線程4也會(huì)進(jìn)入while循環(huán)。休眠結(jié)束后，四個(gè)線程都會(huì)繼續(xù)售票，這樣就相當(dāng)于將票號(hào)減了四次，因此結(jié)果會(huì)出現(xiàn)0和負(fù)數(shù)這樣的票號(hào)。線程同步線程安全問(wèn)題其實(shí)就是由多個(gè)線程同時(shí)處理共享資源所導(dǎo)致的。要想解決線程安全問(wèn)題，必須保證在任何時(shí)刻只能有一個(gè)線程訪問(wèn)共享資源。為了實(shí)現(xiàn)多個(gè)線程處理同一個(gè)資源，在Java中提供了同步機(jī)制。同步技術(shù)是指一個(gè)方法或者一段代碼，在某一個(gè)時(shí)刻最多只能被一個(gè)線程執(zhí)行，該線程未執(zhí)行完該方法或者代碼段之前，其他的并發(fā)線程必須等待。沒(méi)有此限制的，則稱之為異步(Asynchronization)。在Java程序設(shè)計(jì)中，采用同步技術(shù)實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)互斥訪問(wèn)，線程同步與通信常用的接口、類或修飾符見表8.2。在Java程序設(shè)計(jì)中，為了解決線程同步問(wèn)題，采用同步方法或者同步塊。同步代碼塊當(dāng)多個(gè)線程使用同一個(gè)共享資源時(shí)，可以將處理共享資源的代碼放在一個(gè)使用synchronized關(guān)鍵字修飾的代碼塊中，這個(gè)代碼塊被稱作同步代碼塊。synchronized(lock){

操作共享資源代碼塊}在上面的代碼中，lock是一個(gè)鎖對(duì)象，它是同步代碼塊的關(guān)鍵，相當(dāng)于為同步代碼加鎖。當(dāng)某一個(gè)線程執(zhí)行同步代碼塊時(shí)，其他線程將無(wú)法執(zhí)行，進(jìn)入阻塞狀態(tài)。當(dāng)前線程執(zhí)行完后，再與其他線程重新?lián)寠ZCPU的執(zhí)行權(quán)，搶到CPU執(zhí)行權(quán)的線程將進(jìn)入同步代碼塊，執(zhí)行其中的代碼。以此循環(huán)往復(fù)，直到共享資源被處理完為止。同步代碼塊的語(yǔ)法格式同步代碼塊使用同步代碼塊解決線程安全的問(wèn)題步驟一：修改上節(jié)中的案例，將有關(guān)tickets變量的操作全部都放到同步代碼塊中。為了保證線程持續(xù)執(zhí)行，將同步代碼塊放在死循環(huán)中，直到ticket<0時(shí)跳出循環(huán)。代碼如下：classTicket1implementsRunnable{privateinttickets=10;//定義變量tickets，并賦值10

Objectlock=newObject();//定義任意一個(gè)對(duì)象，用作同步代碼塊的鎖publicvoidrun(){while(true){

synchronized(lock){//定義同步代碼塊try{Thread.sleep(300);//經(jīng)過(guò)的線程休眠300毫秒}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}if(tickets>0){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---賣出的票"+tickets--);}else{//如果tickets小于0，跳出循環(huán)break;}}}}}同步代碼塊使用同步代碼塊解決線程安全的問(wèn)題步驟二：定義main()方法，創(chuàng)建并開啟四個(gè)線程，用于模擬四個(gè)售票窗口。代碼如下所示：publicclassExample16{publicstaticvoidmain(String[]args){Ticket1ticket=newTicket1();//創(chuàng)建Ticket1對(duì)象//創(chuàng)建并開啟四個(gè)線程newThread(ticket,"線程一").start();newThread(ticket,"線程二").start();newThread(ticket,"線程三").start();newThread(ticket,"線程四").start();}}同步代碼塊運(yùn)行代碼，控制臺(tái)顯示的運(yùn)行結(jié)果如圖所示。運(yùn)行結(jié)果從圖可以看出，售出的票不再出現(xiàn)0和負(fù)數(shù)的情況，這是因?yàn)槭燮钡拇a實(shí)現(xiàn)了同步，之前出現(xiàn)的線程安全問(wèn)題得以解決。同步方法除了修飾代碼塊，sychronized關(guān)鍵字同樣可以修飾方法，被synchronized關(guān)鍵字修飾的方法為同步方法。同步方法和同步代碼塊一樣，同一時(shí)刻，只允許一個(gè)線程調(diào)用同步方法。synchronized關(guān)鍵字修飾方法的具體語(yǔ)法格式如下：synchronized返回值類型方法名([參數(shù)1,...]){}同步方法的語(yǔ)法格式同步方法privatesynchronizedvoidsaleTicket(){if(tickets>0){try{Thread.sleep(300);//經(jīng)過(guò)的線程休眠300毫秒}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---賣出的票"+tickets--);}}使用同步方法解決線程安全的問(wèn)題步驟一：將售票代碼抽取為售票方法saleTicket()，并用synchronized關(guān)鍵字修飾saleTicket()方法。代碼如下所示：同步方法//省略main方法//定義Ticket1類實(shí)現(xiàn)Runnable接口classTicket1implementsRunnable{privateinttickets=10;publicvoidrun(){while(true){

saleTicket();//調(diào)用售票方法 if(tickets<=0){ break; }}}}使用同步方法解決線程安全的問(wèn)題步驟二：定義Ticket1類實(shí)現(xiàn)Runnable接口，在重寫的run()方法中的while循環(huán)中調(diào)用抽取的售票方法saleTicket()。省略定義main()方法的步驟，參考上面代碼即可。具體代碼如下所示：同步方法運(yùn)行代碼，控制臺(tái)顯示的運(yùn)行結(jié)果如圖所示。從圖可以看出，同樣沒(méi)有出現(xiàn)0號(hào)和負(fù)數(shù)號(hào)的票，說(shuō)明同步方法實(shí)現(xiàn)了和同步代碼塊一樣的效果。運(yùn)行結(jié)果第10章多線程3.線程通信主講人：_________

線程通信什么是線程通信?線程通信就是線程間相互發(fā)送信息為什么要進(jìn)行線程通信多個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行時(shí)，在默認(rèn)情況下CPU是隨機(jī)切換線程的，當(dāng)我們需要多個(gè)線程來(lái)共同完成一件任務(wù)，并且我們希望他們有規(guī)律的執(zhí)行，那么多線程之間需要一些協(xié)調(diào)通信，以此來(lái)幫我們達(dá)到多線程共同操作一份數(shù)據(jù)根據(jù)共享數(shù)據(jù)的情況決定自己該怎么做，以及通知其他線程該怎么做線程通信的實(shí)際模型生產(chǎn)者消費(fèi)者模型:生產(chǎn)者線程負(fù)責(zé)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，消費(fèi)者線程負(fù)責(zé)消費(fèi)生產(chǎn)者生產(chǎn)的數(shù)據(jù)一般要求:生產(chǎn)者線程生產(chǎn)完數(shù)據(jù)后喚醒消費(fèi)者，然后自己等待，消費(fèi)者消費(fèi)完數(shù)據(jù)后喚醒生產(chǎn)者，然后自己等待就是在一個(gè)線程進(jìn)行了規(guī)定操作后，就進(jìn)入等待狀態(tài)(wait)，等待其他0線程執(zhí)行完他們的指定代碼過(guò)后再將其喚醒(notify);等待喚醒機(jī)制線程通信線程通信常用方法線程通信有若干個(gè)生產(chǎn)者，把生產(chǎn)的產(chǎn)品放在一個(gè)倉(cāng)庫(kù)（緩沖區(qū)中），如果緩沖區(qū)裝滿，則生產(chǎn)者等待。有若干個(gè)消費(fèi)者，從倉(cāng)庫(kù)中取出產(chǎn)品；如果倉(cāng)庫(kù)中沒(méi)有產(chǎn)品，則消費(fèi)者等待。在網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)常遇到生產(chǎn)者—消費(fèi)者問(wèn)題。為了提高處理效率，如啟動(dòng)若干個(gè)線程從網(wǎng)絡(luò)上接受數(shù)據(jù)，并把它們保存在本地緩沖區(qū)中；然后啟動(dòng)若干個(gè)線程對(duì)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后保存到數(shù)據(jù)庫(kù)等存儲(chǔ)空間。如圖所示，某個(gè)生產(chǎn)者生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品，把它保存到in指定的位置；某個(gè)消費(fèi)者則從指定的位置out獲取相應(yīng)的產(chǎn)品。生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題線程通信案例：模擬手機(jī)接電話系統(tǒng)，有電話就接聽，沒(méi)電話就等待線程通信的前提：線程通信通常是多個(gè)線程操作同一個(gè)共享資源的時(shí)候進(jìn)行線程通信并且要保證線程安全。線程通信//來(lái)電提醒線程，負(fù)責(zé)來(lái)電提醒//接聽電話線程。負(fù)責(zé)接聽電話//主方法，創(chuàng)建手機(jī)對(duì)象，執(zhí)行開機(jī)方法publicclassPhone{//實(shí)現(xiàn)線程通信：默認(rèn)沒(méi)有電話打進(jìn)來(lái)，等待來(lái)電提醒

privatebooleanflag=false;publicvoidrun(){//來(lái)電提醒線程//接聽電話線程}publicstaticvoidmain(String[]args){Phonephone=newPhone();//創(chuàng)建手機(jī)對(duì)象

phone.run();//執(zhí)行開機(jī)

}}案例實(shí)現(xiàn)線程通信

//1.來(lái)電提醒線程

newThread(newRunnable(){@Overridepublicvoidrun(){//一直等待來(lái)電提醒

try{while(true){synchronized(Phone.this){if(!flag){

System.out.println("請(qǐng)接聽電話");flag=true;//喚醒別人，等待自己

Phone.this.notify();

Phone.this.wait();}}}}catch(Exceptione){

e.printStackTrace();}}}).start();//2.接聽電話線程

newThread(newRunnable(){@Overridepublicvoidrun(){//一直準(zhǔn)備接聽電話

try{