java学习日记(线程)

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一、线程的概念:
    线程与进程相似,是一段完成某个特定功能的代码,是程序中单个顺序的流控制;但与进程不同的是,同类的多个线程是共享一块内存空间和一组系统资源,而线程本身的数据通常只有微处理器的寄存器数据,以及一个供程序执行时使用的堆栈。所以系统在产生一个线程,或者在各个线程之间切换时,负担要比进程小的多,正因如此,线程被称为轻负荷进程(light-weight process)。一个进程中可以包含多个线程。

    一个线程是一个程序内部的顺序控制流。
  1. 进程:每个进程都有独立的代码和数据空间(进程上下文) ,进程切换的开销大。
  2. 线程:轻量的进程,同一类线程共享代码和数据空间,每个线程有独立的运行栈和程序计数器(PC),线程切换的开销小。
  3. 多进程:在操作系统中,能同时运行多个任务程序。
  4. 多线程:在同一应用程序中,有多个顺序流同时执行。

    Java内在支持多线程,它的所有类都是在多线程下定义的,Java利用多线程使整个系统成为异步系统。
  1. 虚拟的CPU,封装在java.lang.Thread类中。
  2. CPU所执行的代码,传递给Thread类。
  3. CPU所处理的数据,传递给Thread类。

二、线程的构造
    线程实例表示Java解释器中的真正的线程,通过它可以启动线程、终止线程、线程挂起等,每个线程都是通过类Thread在Java的软件包Java.lang中定义,它的构造方法为:

   public Thread (ThreadGroup group,Runnable target,String name);

  其中,group 指明该线程所属的线程组;target实际执行线程体的目标对象,它必须实现接口Runnable; name为线程名。Java中的每个线程都有自己的名称,Java提供了不同Thread类构造器,允许给线程指定名称。如果name为null时,则Java自动提供唯一的名称。
当上述构造方法的某个参数为null时,我们可得到下面的几个构造方法:

  public Thread ();
  public Thread (Runnable target);
  public Thread (Runnable target,String name);
  public Thread (String name);
  public Thread (ThreadGroup group,Runnable target);
  public Thread (ThreadGroup group,String name);

  一个类声明实现Runnable接口就可以充当线程体,在接口Runnable中只定义了一个方法 run():
       public void run();

  任何实现接口Runnable的对象都可以作为一个线程的目标对象,类Thread本身也实现了接口Runnable,因此我们可以通过两种方法实现线程体。

  (一)定义一个线程类,它继承线程类Thread并重写其中的方法 run(),这时在初始化这个类的实例时,目标target可为null,表示由这个实例对来执行线程体。由于Java只支持单重继承,用这种方法定义的类不能再继承其它父类。

  (二)提供一个实现接口Runnable的类作为一个线程的目标对象,在初始化一个Thread类或者Thread子类的线程对象时,把目标对象传递给这个线程实例,由该目标对象提供线程体 run()。这时,实现接口Runnable的类仍然可以继承其它父类。

 

三、线程的状态
  每个线程都是通过某个特定Thread对象的方法run( )来完成其操作的,方法run( )称为线程体。下图表示了java线程的不同状态以及状态之间转换所调用的方法。
   
    1. 创建状态(new Thread)
  执行下列语句时,线程就处于创建状态:
  Thread myThread = new Thread( );
  当一个线程处于创建状态时,它仅仅是一个空的线程对象,系统不为它分配资源。

  2. 可运行状态( Runnable )
  Thread myThread = new Thread( );
  myThread.start( );
  当一个线程处于可运行状态时,系统为这个线程分配了它需的系统资源,安排其运行并调用线程运行方法,这样就使得该线程处于可运行( Runnable )状态。需要注意的是这一状态并不是运行中状态(Running ),因为线程也许实际上并未真正运行。由于很多计算机都是单处理器的,所以要在同一时刻运行所有的处于可运行状态的线程是不可能的,Java的运行系统必须实现调度来保证这些线程共享处理器。
  
  3. 不可运行状态(Not Runnable)
  进入不可运行状态的原因有如下几条:
  1) 调用了sleep()方法;
  2) 调用了suspend()方法;
  3) 为等候一个条件变量,线程调用wait()方法;
  4) 输入输出流中发生线程阻塞;
  不可运行状态也称为阻塞状态(Blocked)。因为某种原因(输入/输出、等待消息或其它阻塞情况),系统不能执行线程的状态。这时即使处理器空闲,也不能执行该线程。

  4. 死亡状态(Dead)
  线程的终止一般可通过两种方法实现:自然撤消(线程执行完)或是被停止(调用stop()方法)。目前不推荐通过调用stop()来终止线程的执行,而是让线程执行完。


四、有关线程的一些长用的方法
     1. sleep(long millis)
     这个方法是一个静态的方法,也就是说我们可以直接调用它,如Thread.sleep(5000)就是指让目前正在运行的线程先停下工作等待5000毫秒。有一点需要注意的是:不能肯定这个线程在过5000毫秒肯定会立刻被执行。

     2.interrupt()
     这个方法用来打断一个线程(感觉说睡眠中的进程更加合适)。这个方法的作用可以举个例子来看一下:
public class TestInterrupt extends Thread
{

    /** Creates a new instance of TestInterrupt */
    public TestInterrupt()
    {
    }

    public void run()
    {
        try
        {

            for ( int i=0; i<5; i++)
            {
                System.out.println("running the first loop " + i);
            }
            Thread.sleep(10000);

            for ( int i=6; i<10; i++)
            {
                System.out.println("running the second loop" + i);
            }

        }catch (InterruptedException ie)
        {
            System.out.println("Sleep interrupted in run()");
            for ( int i=11; i<15; i++)
            {
                System.out.println("running the third loop" + i);
            }

        }

    }

    public static void main(String[] args)
    {
        TestInterrupt ti = new TestInterrupt();
        Thread t = new Thread(ti); 
        t.start();

        //Delay for a few seconds to let the other thread get going
        try
        {
            Thread.sleep(2500);
        }catch (InterruptedException ie)
        {
            System.out.println("Sleep interrupted in main()");
        }

        System.out.println("About to wake up the other thread");
        t.interrupt();
        System.out.println("Exiting from Main");

    }
}

    上面的例子中假如没有t.interropt()的话,程序运行做的就是
    for ( int i=6; i<10; i++)
            {
                System.out.println("running the second loop" + i);
            }
   加上以后做的就是catch中的内容了.

   3.join()和join(long millis)
   join()这个函数的作用是使得目前正在运行的线程假如为a停下来,一直到调用join()方法的这个线程b被执行完毕,再继续一开始的线程a;
   看个例子好了:
public class TestJoin1 extends Thread
{

    /** Creates a new instance of TestJoin1 */
    public TestJoin1()
    {
    }

    public void run()
    {
        try
        { 

            for ( int i=0; i<5; i++)
            {
                System.out.println("running the first loop " + i);
            }
            Thread.sleep(1000);

            for ( int i=6; i<10; i++)
            {
                System.out.println("running the second loop" + i);
            }

        }catch (InterruptedException ie)
        {
            System.out.println("Sleep interrupted in run()");
        }

    }

    public static void main(String[] args) 
    {
       try
        {
            TestJoin1 ti = new TestJoin1();
            Thread t = new Thread(ti);
            t.start();
          t.join();

            for ( int i=11; i<15; i++)
            {
                System.out.println("running the third loop" + i);
            }
        }catch (InterruptedException ie)
        {
            System.out.println("Join interrupted in run()");
       }

        System.out.println("Exiting from Main");

    }
}
    这个程序的结果是先让t.join()时刻正在运行的线程(其实就是main)被搁置,做完了t这个线程的所有内容,再回到main线程继续做的t.join();语句后剩下的内容.假如把t.join()这行去掉的话,在一般的计算机上跑出来的结果应该是先做了main所有的内容再去做t线程的内容.

    join(long millis)这个方法和join()方法差不多,都是正在执行的线程a被搁置,去做调用join(long millis)这个方法的线程b的run里面的内容。但后面的millis这个参数决定了b这个线程能被优先运行多少时间(millis代表多少毫秒),millis豪秒过后b线程即使没有运行完毕,也会回到线程a.
    底下的一个程序能很好的说明这个问题:
public class TestJoin2 extends Thread
{

    /** Creates a new instance of TestJoin2 */
    public TestJoin2()
    {
    }

    public void run()
    {
        try
        {

            for ( int i=0; i<5; i++)
            {
                System.out.println("running the first loop " + i);
            }
            Thread.sleep(3500);

            for ( int i=6; i<10; i++)
            {
                System.out.println("running the second loop" + i);
            }

        }catch (InterruptedException ie)
        {
            System.out.println("Sleep interrupted in run()");
        }

    }

    public static void main(String[] args) 
    {
        try
        {
            TestJoin2 t2 = new TestJoin2();
            Thread t = new Thread(t2);
            t.start();
            t.join(3000);

            for ( int i=11; i<15; i++)
            {
                System.out.println("running the third loop" + i);
            }
        }catch (InterruptedException ie)
        {
            System.out.println("Join interrupted in run()");
        } 
        System.out.println("Exiting from Main");

    }
}

     看了这么多以后,好象很容易产生一种误解join()这个函数就是让调用这个方法的线程b优先(第一个)被执行.其实事实并不是这样的,join()的作用如上面所说的,它只能让目前运行的线程a搁置等,等b执行完毕再开始执行a.
    底下的程序可以让人消除这中误解:
public class Test extends Thread
{
 public Test(String a)
 {
  super(a);
 }
 
 
 public void run()
 {
  System.out.println(this.getName());
 }
 
 public static void main(String [] args)
 {
  Test a = new Test("a");
  Test b = new Test("b");
  Test c = new Test("c");
  
  a.start();
  b.start();
  c.start();
  try
  {
   c.join();
  }
  catch(Exception e){
  }
  System.out.println("This is Main!");
 }
}

看了运行结果是a,b先被执行了,然后才是c,最后是main^^;

    4.关于synchronized
    这个关键字出现的目的是为了让几个线程能同步,举一个最简单的例子。一个电影院有20张票要卖,它有3个售票员。
    写个程序来证实一下不用synchronized的结果好了,需要使用sleep()函数来制造出这种可能(线程的执行时机谁也不能预料)出现的情况:
public class Sell
{
 public static void main(String [] args)
 {
  SellThread sell = new SellThread();
  Thread sell1 = new Thread(sell,"sellman1");
  Thread sell2 = new Thread(sell,"sellman2");
  Thread sell3 = new Thread(sell,"sellman3");
  sell1.start();
  sell2.start();
  sell3.start();
 }
}

class SellThread implements Runnable
{
 private int i = 20;
 public void run()
 {
  while(true)
  {  
     if( i > 0)
     {
      try 
    {
    Thread.sleep(100);
    } catch(Exception e)
    {
    }
   
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sell " + i--);
    }
  }
 }
}

结果一共卖掉了22张票(估计电影院以为无缘无故多收了门票钱会很高兴,不过一会也许就要面对愤怒的顾客了....)
  这个时候我们的synchronized应该发挥作用了^^修改程序如下:
public class Sell2
{
 public static void main(String [] args)
 {
  SellThread sell = new SellThread();
  Thread sell1 = new Thread(sell,"sellman1");
  Thread sell2 = new Thread(sell,"sellman2");
  Thread sell3 = new Thread(sell,"sellman3");
  sell1.start();
  sell2.start();
  sell3.start();
 }
}

class SellThread implements Runnable
{
 private int i = 20;
 String a = "now ok!";
 public void run()
 {
  while(true)
  {  
     synchronized(a)
     {
      if( i > 0)
      {
       try 
     {
      Thread.sleep(100);
     } catch(Exception e)
     {
     }
   
     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sell " + i--);
    }
   }
  }
 }
}

    这样就好了只会卖20张票了, synchronized()中的括号中需要的是一个class的对象所以我们不能直接在括号中写上i,就定义了一个String的对象a,a的标志旗(不知道说什么更合适)本来为1代表大家都能使用,这样一个售票员selln的卖票线程拿到了a以后他就可以开始卖票,同时他把a这个对象标志旗置为0,然后其他售票员卖票的线程发现他们拿不到a这个对象了就只先搁置了.一直到selln的卖票线程释放了a,a的标志旗就又变成了1,这个时候其他售票员的卖票的线程就可以竞争了,看谁先拿到a这个对象.不过String a和卖票没什么关系,所以我们可以用this来代替synchronized()中的a,它和a的效果一样表示谁拿到了this对象才能执行.


    这里有两个容易误解的地方:
    (1).一个线程拿到synchronized的括号中的对象之后,其他也要需要拿到这个对象才能运行的线程不能被执行了.其实是其他线程也是可以执行的,但他们执行到了需要synchronized中对象的时候,他们发现对象的标志旗为0,所以只能又被搁置了。(看来幸运女神只能同时光顾一个人^^)所以我们用synchronized来使得线程同步的时候是以牺牲效率为代价的,所以不需要使用的地方就别用好了.

    (2),一个线程拿到synchronized的括号中的对象之后,其他任何线程都不能执行了,其实假如其他不需要synchronized的对象才能继续执行的线程还是可以和拿到synchronized的括号中的对象的线程一起运行的。

    有的方法前面被加上了synchronized.其实这个时候就是把这个方法的调用者,也就是this的标志旗置0了,他不能和其他需要this才能运行的线程一起执行,但可以和其他不需要这个this对象的线程一起运行。

    5.wait()和notify()或者notifyAll()
    这个几个函数是为了使得几个同步的线程按照一定的先后顺序执行。
    都是和synchronized()一起使用,设()中对象为Obj吧。
    有一点需要注意的是,我们应该让需要Obj.wait的线程先启动。因为执行顺序是需要Obj.wait()的线程a先启动,然后它运行到Obj.wait()的时候,进入搁置状态,让其他线程先执行。于是带用Obj.notify()的线程b开始执行了,一直到b执行到了Obj.notify()以后(Obj.notify()实际上就是通知因为Obj.wait()被搁置的线程:"轮到你了"),b被搁置,然后继续做a的Obj.wait()以后的内容.
    所以我们假如让带有Obj.notify()的线程b先运行的话,那么b执行完毕以后,b执行的Obj.notify()没有找到任何在因Obj.wait()而进入搁置状态的线程.然后开始做带有Obj.wait()的线程a的话.a运行到了Obj.wait()就进入搁置状态,等待另外一个线程中的Obj.notify()来唤醒它,不过可惜它永远也等不到了,因为带有Obj.notify()的线程已经到搁置的线程中来找过它一次,很可惜的是没找到.于是线程a就一直搁置了...(感觉有点像爱情剧...);
   举个例子好了:
public class ThreadTest
{
 public static void main(String [] args)
 {
  Storage stor = new Storage();
  Counter a = new Counter(stor);
  Printer b = new Printer(stor);
  
 
  a.start();
  b.start();
 }

class Storage
{
 public int i = 0;
}

class Counter extends Thread
{
 private Storage a;
 public Counter(Storage stor)
 {
  a = stor;
 }
 
 public void run()
 {  
  System.out.println("Hi");
  try
  {
  sleep(100);
  }
  catch(Exception e) {}
  int i = 0;
  while(i < 5)
  {
   synchronized(a)
   {
   System.out.println("Counter");
   a.i = (int)(Math.random()*50);
   System.out.println(a.i);
   a.notify();
   }
   System.out.println("Counter2");
   ++i;   
  }
   
 }
}

class Printer extends Thread
{
 private Storage a;
 public Printer(Storage stor)
 {
  a = stor;
 }
 
 public void run()
 {
  int i = 0;
  while(i < 5)
  {
  synchronized(a)
  {
   System.out.println("Printer");
   try{
          a.wait();
       }
      catch(InterruptedException e) {}
   System.out.println(a.i);
  }
  System.out.println("Printer2");
  ++i;
  }
 }
}

运行好了以后把
  try
  {
  sleep(100);
  }
  catch(Exception e) {}
    这几行注释掉再看看运行结果吧。

    还有两点说下:
    (1).假如几个线程因为Obj.wait()进入搁置的话,那么只要一个Obj.notifyAll()执行以后,他们都处于可以运行状态,不过到底谁先运行我们不就知道。

    (2).sleep()和wait()有时候可以执行相同的功能不过要注意的是thread.sleep(long a)过了a毫秒以后,表示可以开始执行了,不代表thread立刻被执行。thread.wait()一但接受到了thread.notify()以后是立刻被执行的.


    6...........^^

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