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高清版21天学通JAVA第十三天
第13章
多线程
·多线程是Java中的并发机制,表示能够在同一时间内同时执行多
个操作。
在日常生活中,边上网边听歌就是一个多线程。
随着CPU
进入双核,甚至多核时代,多线程的优势越来越明显。
Java本身
就是一门支持多线程的语言,在Java中使用多线程是很方便的,
同样也是很高效的。
通过本章的学习,读者应该能够完成如下几
个目标。
·了解什么是多线程。
·熟练掌握如何定义和使用多线程。
·了解多线程的生命周期。
·掌握多线程的调用的几个情况。
·了解多线程的同步问题。
1-1
13.1多线程简介
·多线程就好像日常生活中同时做几件事一样,例如早上起床,要
烧水洗脸,在烧水时就可以刷牙,还可以边刷牙边看早间新闻,
这样就同时做着烧水、刷牙、看电视三件事。
多线程也是一样的
,在同一时刻有可能在执行多个线程,这样能够更好地提高办事
效率。
·在实际开发中也是在很多地方使用多线程的,例如在很多网站中
,当用户注册后,系统一方面会通知用户已经注册成功,一方面
向用户在注册时填写的Email中发送邮件。
这里就需要使用多线程
,如果使用的是单线程,系统就会向用户注册的Email中发送邮件
后才显示用户注册成功,由于发送邮件可能需要很长的时间,从
而影响整个注册进度。
·在前面的学习中,虽然没有使用多线程,但是同样使用到了线程
的知识。
在每一个程序中的main方法就是一个线程,它一般被称
为主线程。
在主线程中可以启动多个子线程来执行。
1-2
13.2定义线程和创建线程对象
·在上一小节中讲解了什么是多线程,在本节中就来讲解怎样来定
义线程和如何创建线程对象。
定义线程有两种方法,一种是继承
Thread类,一种是实现Runnable接口,这两种方法是存在各自优
缺点的。
和定义线程对应的就是创建线程对象,也是有两种方法
。
在本节中就来学习使用这两种方法来定义线程,以及相对应的
创建线程对象。
1-3
13.2.1继承Thread类定义线程
·定义一个线程可以通过继承Thread类来实现,这是一种相对简单
的定义线程的方法。
在Thread类中具有一个run方法,在定义的线
程中需要重写这个方法。
在重写的run方法中,可以定义该线程所
要执行的语句。
当线程启动时,run方法中的程序就成为一条独立
的执行线程。
·【范例】示例代码是一个通过继承Thread类定义线程的程序。
·示例代码
·01publicclassXianCheng1extendsThread
·02{
·03publicvoidrun()
·04{
·05System.out.println("通过继承Thread定义线程");
·06}
·07}
1-4
1-5
·
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·
·
该程序是无法运行的,因为没有main方法,也就是没有启动线程的方法
。
在该程序中创建了一个线程类继承于Thread类,并且在该类中重写了
run方法,在其中定义了该线程的功能是显示一条语句。
注意:
重写的run方法也是可以作为一般的方法来调用的,但是这种调用
并不是作为一个线程出现的,它只是主线程中的一部分。
同样,run方法
也是可以被重载的,但是重载后的run方法不作为一个线程,也是主线程
的一部分。
讲解完定义线程后,就可以来学习如何创建线程对象。
通过继承Thread
类创建线程,是很容易创建线程对象的。
在这种定义线程的方法中,创
建线程对象和创建普通对象是一样的。
下面是创建示例代码13-1中线程
对象的代码。
XianCheng1xc=newXianCheng1();
从创建线程对象的程序可以看出,创建线程对象的方法和创建普通对象
的方法是一样的。
但是这只是对于使用继承Thread类创建线程的方法来
说的。
13.2.2实现Runnable接口定义线程
1-6
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·
定义线程除了通过继承Thread类来实现,还可以通过实现Runnable接口
来实现。
在Runnable接口中具有一个抽象的run方法,在实现Runnable接
口时,需要实现该run方法。
该run方法就会作为一个执行线程的方法。
【范例】示例代码是一个通过实现Runnable接口定义线程的程序。
·示例代码
01publicclassXianCheng2implementsRunnable
02{
03publicvoidrun()
04{
05System.out.println("通过实现Runnable接口定义线程");
06}
07}
1-7
·
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·
·
·
·
1是通过继承Thread类定义线程,2是通过实现Runnable接口来定义线程
。
这两种方法中都需要定义一个run方法,不管该方法是通过重写父类方
法,还是实现接口方法。
run方法是一个线程的入口,是线程必须具有的
。
在使用通过实现Runnable接口定义的线程中,要想创建线程对象就不是
很容易做到的。
因为直接创建类对象,创建的并不是一个线程对象。
要
想创建线程对象,必须要借助Thread类。
Thread类具有4个构造器,最常用的就是具有一个参数,该参数是实现
Runnable接口类对象的构造器。
创建线程对象的程序如下所示。
XianCheng2xc=newXianCheng2();
Threadt=newThread(xc);
在该程序中,首先创建了一个实现Runnable接口的类对象,然后将该对
象作为Thread类的参数,从而创建了一个线程对象。
创建的类对象是可
以作为多个Thread类构造器参数的,这样就创建了多个线程。
这一点将
在以后的学习中多次使用。
13.3运行线程
·在上一节中学习了如何定义线程,并且知道了如何创建线程对象
。
对这些都了解后就需要来学习如何运行线程。
在本节中分为两
个小节来讲解,先来学习如何启动线程,然后讲解如何运行多个
线程。
1-8
13.3.1启动线程
1-9
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·
有些读者会认为启动线程就是调用线程类中的run方法。
例如示例代码13-3中所演
示的。
【范例】示例代码是一个错误的启动线程的程序。
·示例代码
01classMyRunnableimplementsRunnable
02{
03//定义一个run线程方法
04publicvoidrun()
05{
06System.out.println("这是一个错误的启动线程的程序");
07}
08}
09publicclassXianCheng3
10{
11publicstaticvoidmain(Stringargs[])
12{
13MyRunnablemr=newMyRunnable();
14mr.run();//调用run方法
15}
16}
·从该程序可以看出,run方法是可以通过方法
调用来执行的,但是这并不代表创建了一个新
线程。
这是一个错误的启动线程的方法。
·如果想正确地启动一个线程,需要调用线程对象的start方法,下
面通过程序来演示如何正确的启动一个线程。
1-10
一个正确的启动线程的程序
·
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·
·
01
02
03
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09
10
11
12
13
14
classMyRunnableimplementsRunnable
{
//定义一个run线程方法
publicvoidrun()
{
System.out.println("这是一个正确的启动线程的程序");
}
}
publicclassXianCheng4
{
publicstaticvoidmain(Stringargs[])
{
MyRunnablemr=newMyRunnable();
Threadt=newThread(mr);
·
·
·
15
16
17
}
}
t.start();
//启动线程
1-11
·【代码解析】第一次看到该程序时,读者可能会感到有些奇怪,
为什么调用的是start方法,而执行的是run方法,这就是Java对多
线程的设计。
在调用start方法后,就启动了线程,该线程是和
main方法并列执行的线程。
这样该程序就变为一个多线程程序。
·注意:
线程只能被启动一次,也就是只能调用一次start方法。
当
多次启动线程,也就是多次调用start方法时,就会发生异常。
1-12
13.3.2同时运行多个线程
·学习了如何启动线程,接下来就来学习如何同时运行多个线程。
首先通过示例代码来看一下如何同时运行多个线程。
·27
·28
·29
·30
·31
·32
publicstaticvoidmain(Stringargs[])
{
MyRunnable1mr1=newMyRunnable1();
MyRunnable2mr2=newMyRunnable2();
Threadt1=newThread(mr1);
Threadt2=newThread(mr2);
·33
·34
·35
}
t1.start();
t2.start();
//启动第一个线程
//启动第二个线程
·36}
1-13
·【代码解析】在示例代码13-6中首先定义了两个实现Runnable接
口的类,在两个类中都定义了run方法,显示多个不同的符号。
从
运行结果中可以看出,不同的符号是交替显示的。
·在同时运行多个线程时,运行结果不是唯一的,因为有很多不确
定的因素。
首先先执行哪一个线程就是不确定的,线程间交替也
是不确定的。
但是确定的是每一个线程都将启动,每一个线程都
执行结束。
1-14
13.4线程生命周期
·线程是存在生命周期的。
线程的生命周期分为五种不同的状态,
分别是新建状态、准备状态、运行状态、等待/阻塞状态和死亡状
态。
在本节中就来对每一个状态进行讲解。
1-15
13.4.1新建状态
·当一个线程对象被创建后,线程就处于新建状态。
在新建状态中
的线程对象从严格意义上看还只是一个普通的对象,它还不是一
个独立的线程。
处于新建状态中的线程被调用start方法后就会进
入准备状态。
从新建状态中只能进入准备状态,并且不能从其他
状态进行新建状态。
新建状态是线程生命周期的第一个状态。
1-16
13.4.2准备状态
·处于新建状态中的线程被调用start方法就会进入准备状态。
处于
准备状态下的线程随时都可能被系统选择进入运行状态,从而执
行线程。
可能同时有多个线程处于准备状态,对于哪一个线程将
进入运行状态是不确定的。
线程从新建状态进入到准备状态后是
不可能再进入新建状态的。
在等待/阻塞状态中的线程被解除等待
和阻塞后将不直接进入运行状态,而是首先进入准备状态,让系
统来选择哪一个线程进入运行状态。
1-17
13.4.3运行状态
·处于准备状态中的线程一旦被系统选中,使线程获取了CPU时间,
就会进入运行状态。
在运行状态中将执行线程类run方法中的程序
语句。
线程进入运行状态后也不是一下执行结束的,线程在运行
状态下随时都可能被调度程序调度回准备状态。
在运行状态下还
可以让线程进入到等待/阻塞状态。
在通常的单核CPU中,在同一
时刻只有一个线程处于运行状态的。
在多核的CPU中,就可能两个
线程或者更多的线程同时处于运行状态,这也是多核CPU运行速度
快的原因。
1-18
13.4.4等待/阻塞状态
·在Java中定义了许多线程调度的方法,包括睡眠、阻塞、挂起和
等待,这些方法将在后面的调度章节中讲解。
使用这些方法都会
将处于运行状态的线程调度到等待/阻塞状态。
处于等待/阻塞状
态的线程被解除后,不会立即回到运行状态,而是首先进入准备
状态,等待系统的调度。
1-19
13.4.5死亡状态
·当线程中的run方法执行结束后,或者程序发生异常终止运行后,
线程会进入死亡状态。
处于死亡状态的线程不能再使用start方法
启动线程,这在前面的学习中已经学到了这一点。
但是这不代表
处于死亡状态的线程不能再被使用,它也是可以再被使用的,只
是将被作为普通的类来使用。
·注意:
线程生命周期的问题,有些读者会觉得很容易的。
线程生
命周期的问题在后面的学习中会经常使用到,只有能充分了解线
程的生命周期,才能更好地理解后面的内容。
1-20
13.5线程的调度
·通过系统自动调度,线程的执行顺序是没有保障的。
在Java中定
义了一些线程调度的方法,使用这些方法在一定程序上对线程进
行调度,使用这些方法只是给线程一个建议,具体是否能够成功
,也是没有保障的。
线程调度的方法有几个,包括睡眠方法、设
置优先级、让步方法等,在本节中就来学习这些方法的使用。
1-21
13.5.1睡眠方法
·当线程处于运行状态时,调用sleep睡眠方法将使线程从运行状态
进入等待/阻塞状态,从而使程序停止运行。
sleep睡眠方法是具
有一个时间参数的,当经过这么长时间后,线程将进入准备状态
,等待系统的调度。
从而可以看出,当线程调用睡眠方法后,要
想回到运行状态,需要的时间要比指定的睡眠时间长。
·sleep方法被重载,存在两种形式,sleep方法的基本语法格式如
下所示。
·publicstaticvoidsleep(longmillis)throws
InterruptedException;
·publicstaticvoidsleep(longmillis,intnanos)throws
InterruptedException;
1-22
·使用这两个sleep方法都能使线程进入睡眠状态,mills参数表示线
程睡眠的毫秒数,nanos参数表示线程睡眠的纳秒数。
sleep方法
是一个静态的方法,所以sleep方法不是依赖于某一个对象的,它
的位置是比较随意的。
当在线程中执行sleep方法,则该线程就进
入睡眠状态。
要想让某一个线程进入睡眠状态,并不是让该线程
调用sleep方法,而只是让该线程执行sleep方法。
sleep方法是可
能发生捕获异常的,所以在使用sleep方法时必须进行异常处理。
·注意:
sleep方法只是给线程一个调度的建议,是否调度成功是不
能确定的。
在该程序中只有两个线程,所以运行结果出现交替显
示的结果。
当程序中存在多个线程时,运行结果就可以发生变化
,甚至出现意外的结果。
1-23
13.5.2线程优先级
·在大部分的系统中,对进程的调度都是采用优先级的方式来进行
的。
在Java中对线程进行调度时,也是可以采用优先级来调度的
。
不同的线程可以具有不同的优先级,优先级高的线程就会占用
更多的CPU资源和被执行概率。
·Java中的优先级是采用从1到10来表示的,数字越大表示优先级越
高。
如果没有为线程设置优先级,则线程的优先级为5,这也是线
程的默认值。
但是对于子线程来说,它的优先级是和其父线程优
先级相同的。
·当需要对线程的优先级进行设置时,可以通过调用setPriority方法
来设置。
setPriority方法的语法格式如下所示。
·publicfinalvoidsetPriority(inti);
·其中参数i表示的就是优先级的等级数,它可以从1到10。
除了可
以使用数字来表示优先级,Java还在Thread类中定义了三个表示
优先级的常量。
MAX_PRIORITY表示线程的最高优先级,
NORM_PRIORITY表示线程的默认优先级,MIN_PRIORITY表示
线程的最低优先级。
1-24
13.5.3
yield让步方法
·在Java中具有两种线程让步方法,先来介绍第一种yield让步方法
。
yield让步方法是让线程让出当前CPU,而将CPU让给哪一个线程
是不确定的,由系统来进行选择。
使用yield让步方法的线程将从
运行状态进入到准备状态。
·注意:
yield让步操作是可能不成功的。
因为在线程中使用yield
方法,使该线程进入准备状态。
但是系统是有可能再次选择该线
程,使该线程进入运行状态的。
·yield让步方法的基本语法格式如下所示。
·publicstaticvoidyield();
·可以看出yield让步方法是一个静态方法,所以该方法也是和对象
无关的。
当在正在运行的线程中运行该方法时,该线程将回到准
备状态。
1-25
13.5.4
join让步方法
·
·
·
·
·
1-26
使用join让步方法,可以将当前线程的CPU资源让步给指定的线程。
join
让步方法的语法格式如下所示。
publicfinalvoidjoin()throwsInterruptedException;
publicfinalvoidjoin(longmills)throwsInterruptedException;
publicfinalvoidjoin(longmillis,intnanos)throws
InterruptedException;
join让步方法是具有三种形式的,没有参数表示指定的线程执行完成后
再执行其他线程,参数表示在参数的时间内执行让步给的执行线程。
join让步方法也是可能发生捕获异常的,所以在使用时要进行异常处理
。
13.6综合练习
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·
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·
·
1-27
1.判断下面程序是否能够正常运行。
01publicclassLianXi1extendsThread
02{
03publicvoidrun()
04{
05for(inti=0;i<5;i++)
06{
07System.out.println(i);
08}
09}
10publicstaticvoidmain(Stringargs[])
11{
12LianXi1lx=newLianXi1();
13lx.run();
14}
15}
13.6综合练习
·
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·
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·
·
·
·
1-28
2.判断下面的程序是否能够正常运行。
01publicclassLianXi2extendsThread
02{
03publicvoidrun()
04{
05for(inti=0;i<5;i++)
06{
07Thread.sleep(100);
08}
09}
10publicstaticvoidmain(Stringargs[])
11{
12LianXi1lx=newLianXi1();
13lx.run();
14}
15}
13.7小结
·在本章中学习了Java中的多线程,首先对线程进行了简单的介绍
,然后讲解如何定义、创建和运行多线程。
接下来还讲解了线程
的生命周期和对线程的调度。
1-29
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