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标题: 多线程总结 [打印本页]

作者: 黄玉昆 时间: 2013-2-16 14:37
标题: 多线程总结
本帖最后由黄玉昆于 2013-2-16 14:38 编辑

一、概述：

1、线程是什么呢？

我们先来说一说比较熟悉的进程吧，之后就比较容易理解线程了。所谓进程，就是一个正在执行（进行）中的程序。每一个进程的执行都有一个执行顺序，或者说是一个控制单元。简单来说，就是你做一件事所要进行的一套流程。线程，就是进程中的一个独立的控制单元；也就是说，线程是爱控制着进程的执行。一个进程至少有一个线程，并且线程的出现使得程序要有效率。打个比方说，在仓库搬运货物，一个人搬运和五个人搬运效率是不一样的，搬运货物的整个程序，就是进程；每一个人搬运货物的过程，就是线程。

2、java中的线程：

在java中，JVM虚拟机启动时，会有一个进程为java.exe，该程序中至少有一个线程负责java程序的执行；而且该程序运行的代码存在于main方法中，该线程称之为主线程。其实，JVM启动时不止有一个线程（主线程），由于java是具有垃圾回收机制的，所以，在进程中，还有负责垃圾回收机制的线程。

3、多线程的意义：

透过上面的例子，可以看出，多线程有两方面的意义：

1）提高效率。 2）清除垃圾，解决内存不足的问题。

二、自定义线程：

线程有如此的好处，那要如何才能通过代码自定义一个线程呢？其实，线程是通过系统创建和分配的，java是不能独立创建线程的；但是，java是可以通过调用系统，来实现对进程的创建和分配的。java作为一种面向对象的编程语言，是可以将任何事物描述为对象，从而进行操作的，进程也不例外。我们通过查阅API文档，知道java提供了对线程这类事物的描述，即Thread类。创建新执行线程有两种方法：

一）创建线程方式一：继承Thread类。

1、步骤：

第一、定义类继承Thread。

第二、复写Thread类中的run方法。

第三、调用线程的start方法。分配并启动该子类的实例。

start方法的作用：启动线程，并调用run方法。

class Demo extends Thread
{
public void run()
{
for (int i=0;i<60;i++)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "demo run---" + i);
}
}
class Test2
{
public static void main(String[] args)
{
Demo d1 = new Demo();//创建一个对象就创建好了一个线程
Demo d2 = new Demo();
d1.start();//开启线程并执行run方法
d2.start();
for (int i=0;i<60;i++)
System.out.println("Hello World!---" + i);
}
}

复制代码

2、运行特点：

A.并发性：我们看到的程序（或线程）并发执行，其实是一种假象。有一点需要明确：；在某一时刻，只有一个程序在运行（多核除外），此时cpu是在进行快速的切换，以达到看上去是同时运行的效果。由于切换时间是非常短的，所以我们可以认为是在并发进行。

B.随机性：在运行时，每次的结果不同。由于多个线程都在获取cpu的执行权，cpu执行到哪个线程，哪个线程就会执行。可以将多线程运行的行为形象的称为互相抢夺cpu的执行权。这就是多线程的特点，随机性。执行到哪个程序并不确定。

3、覆盖run方法的原因：

1）Thread类用于描述线程。该类定义了一个功能：用于存储线程要运行的代码，该存储功能即为run方法。也就是说，Thread类中的run方法用于存储线程要运行的代码，就如同main方法存放的代码一样。

2）复写run的目的：将自定义代码存储在run方法中，让线程运行要执行的代码。直接调用run，就是对象在调用方法。调用start()，开启线程并执行该线程的run方法。如果直接调用run方法，只是将线程创建了，但未运行。

二）创建线程方式二：实现Runnable接口

1、步骤：

第一、定义类实现Runnable接口。

第二、覆盖Runnable接口中的run方法。

第三、通过Thread类建立线程对象。要运行几个线程，就创建几个对象。

第四、将Runnable接口的子类对象作为参数传递给Thread类的构造函数。

第五、调用Thread类的start方法开启线程，并调用Runnable接口子类的run方法。

//多个窗口同时卖票
class Ticket implements Runnable
{
private int tic = 20;
public void run()
{
while(true)
{
if (tic > 0)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "sale:" + tic--);
}
}
}
class TicketDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Ticket t = new Ticket();
Thread t1 = new Thread(t);//创建一个线程
Thread t2 = new Thread(t);//创建一个线程
Thread t3 = new Thread(t);//创建一个线程
Thread t4 = new Thread(t);//创建一个线程
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}

复制代码

2、说明：

A.步骤2覆盖run方法：将线程要运行的代码存放在该run方法中。

B.步骤4：为何将Runnable接口的子类对象传给Thread构造函数。因为自定义的run方法所属对象为Runnable接口的子类对象，所以让线程指定对象的run方法，就必须明确该run方法所属的对象。

三）实现方式与继承方式有何区别：

1、实现方式：避免了单继承的局限性。

在定义线程时，建议使用实现方式。

2区别：

继承Thread：线程代码存放在Thread子类的run方法中。

实现Runnable：线程代码存在接口的子类run方法中。

需要注意的是：局部变量在每一个线程中都独有一份。

四）Thread类中的一些方法简介：

1、获取线程名称：getName()

每个线程都有自己默认的名称，获取格式：对象.getName();打印后，显示为：Thread-编号（从0开始），也就是说，线程一为：Thread-0，线程二为：Thread-1。也可以获取当前线程对象的名称，通过currentThread().getName()。如上面方式二的结果为

file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image002.jpg

2、设置线程名称：setName()或构造函数

可以通过setName()设置线程名称，或者通过含有参数的构造函数直接显式初始化线程的名称，如Test(Stringname)。

结果.png (792 Bytes, 下载次数: 34)

作者: 黄玉昆 时间: 2013-2-16 14:42

三、线程的运行状态

线程运行状态可用如图示二说明：

需要说明的是：

A.阻塞状态：具备运行资格，但是没有执行权，必须等到cpu的执行权，才转到运行状态，。

B.冻结状态：放弃了cpu的执行资格，cpu不会将执行权分配给这个状态下的线程，必须被唤醒后，此线程要先转换到阻塞状态，等待cpu的执行权后，才有机会被执行到。

四、多线程的安全问题：

在那个简单的卖票小程序中，发现打印出了0、-1、-2等错票，也就是说这样的多线程在运行的时候是存在一定的安全问题的。

为什么会出现这种安全问题呢？

原因是当多条语句在操作同一线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还未执行完，另一线程就参与进来执行了，导致共享数据发生错误。以也就是说，由于cpu的快速切换，当执行线程一时，tic为1了，执行到if (tic > 0)的时候，cpu就可能将执行权给了线程二，那么线程一就停在这条语句了，tic还没减1，仍为1；线程二也判断if (tic> 0)是符合的，也停在这，以此类推。当cpu再次执行线程一的时候，打印的是1号，执行线程二的时候，是2号票，以此类推，就出现了错票的结果。其实就是多条语句被共享了，如果是一条语句，是不会出现此种情况的。

那么该如何解决呢？

对于多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其他线程不可参与执行，就不会出现问题了。Java对于多线程的安全问题，提供了专业的解决方式，即同步代码块，可操作共享数据。

1、同步代码块

格式：

synchronized(对象)//对象称为锁旗标
{
需要被同步的代码
}

复制代码

其中的对象如同锁，持有锁的线程可在同步中执行，没有锁的线程，即使获得cpu的执行权，也进不去，因为没有获取锁，是进不去代码块中执行共享数据语句的。

1）同步的前提：

A.必须有两个或两个以上的线程

B.必须保证同步的线程使用同一个锁。必须保证同步中只能有一个线程在运行。

好处与弊端：解决了多线程的安全问题。多个线程需要判断锁，较为消耗资源。

示例：

class Ticket implements Runnable
{
private int tic = 100;
Object obj = new Object();
public void run()
{
while(true)
{
synchronized(obj)//任意的一个对象
{
//此两句为共享语句
if (tic > 0)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "sale:" + tic--);
}
}
}
}
class TicketDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Ticket t = new Ticket();
Thread t1 = new Thread(t,"1");//创建第一个线程
Thread t2 = new Thread(t,"2");//创建第二个线程
//开启线程
t1.start();
t2.start();
}
}

复制代码

2、同步函数

同步函数就是将修饰符synchronized放在返回类型的前面，下面通过同步函数给出多线程安全问题的具体解决方案：

1）目的：判断程序中是否有安全问题，若有，该如何解决。

2）解决：第一、明确哪些代码是多线程的运行代码

第二、明确共享数据

第三、明确多线程运行代码中，哪些语句是操作共享数据的。

示例：

class Bank
{
private int sum;//共享数据
//run中调用了add，所以其也为多线程运行代码
public synchronized void add(int n)//同步函数，用synchronized修饰
{
//这有两句操作，是操作共享数据的
sum += n;
System.out.println("sum" + sum);
}
}
class Cus implements Runnable
{
private Bank b = new Bank();//共享数据
//多线程运行代码run
public void run()
{
for (int i=0;i<3;i++)
{
b.add(100);//一句，不会分开执行，所以没问题
}
}
}
class BankDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Cus c = new Cus();
Thread t1 = new Thread(c);
Thread t2 = new Thread(c);
t1.start();
t2.start();
}
}

复制代码

作者: 黄玉昆 时间: 2013-2-16 14:42
本帖最后由黄玉昆于 2013-2-17 21:18 编辑

五、同步函数中的锁：

1、非静态同步函数中的锁---> this

函数需被对象调用，那么函数都有一个所属的对象引用，就是this，因此同步函数使用的锁为this。测验如下：

class Ticket implements Runnable
{
private int tic = 100;
boolean flog = true;
public void run()
{
if (flog)
{
//线程一执行
while(true)
{
//如果对象为obj，则是两个锁，是不安全的；换成this，为一个锁，会安全很多
synchronized(this)
{
if (tic > 0)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--cobe--:" + tic--);
}
}
}
//线程二执行
else
while(true)
show();
}
public synchronized void show()
{
if (tic > 0)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----show-----:" + tic--);
}
}
class ThisLockDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Ticket t = new Ticket();
Thread t1 = new Thread(t);//创建一个线程
Thread t2 = new Thread(t);//创建一个线程
t1.start();
t.flog = false;//开启线程一，即关闭if，让线程二执行else中语句
t2.start();
}
}

复制代码

让线程一执行打印cobe的语句，让线程二执行打印show的语句。如果对象换位另一个对象obj，那将是两个锁，因为在主函数中创建了一个对象即Ticket t = new Ticket();，线程会共享这个对象调用的run方法中的数据，所以都是这个t对象在调用，那么，其中的对象应为this；否则就破坏了同步的前提，就会出现安全问题。

2、静态同步函数中的锁：

如果同步函数被静态修饰后，经验证，使用的锁不是this了，因为静态方法中不可定义this，所以，这个锁不再是this了。静态进内存时，内存中没有本类对象，但是一定有该类对应的字节码文件对象：类名.class；该对象的类型是Class。

所以静态的同步方法使用的锁是该方法所在类的字节码文件对象，即类名.class。

示例：

class Ticket implements Runnable
{
//私有变量，共享数据
private static int tic = 100;
boolean flog = true;
public void run()
{
//线程一执行
if (flog)
{
while(true)
{
synchronized(Ticket.class)//不再是this了，是Ticket.class
{
if (tic > 0)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--obj--:" + tic--);
}
}
}
//线程二执行
else
while(true)
show();
}
public static synchronized void show()
{
if (tic > 0)
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----show-----:" + tic--);
}
}
class StaticLockDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Ticket t = new Ticket();
Thread t1 = new Thread(t);//创建第一个线程
Thread t2 = new Thread(t);//创建第二个线程
t1.start();
t.flog = false;
t2.start();
}
}

复制代码

在之前，也提到过关于多线程的安全问题的相关知识，就是在单例设计模式中的懒汉式中，用到了锁的机制。

具体请看单例设计模式中的内容：http://blog.csdn.net/shengfeixiang/article/details/8567567

下面还有关于多线程通信的总结，继续补上：

作者: 李培根 时间: 2013-2-16 14:45
支持了，总结的很全面

作者: 黄玉昆 时间: 2013-2-16 14:46

李培根发表于 2013-2-16 14:45
支持了，总结的很全面

其实很多都是毕老师总结的内容，自己的理解很少啦，以后有新的理解会继续加入的。

作者: jonn 时间: 2013-2-16 16:55
{:soso_e144:} 哪能不能告诉我线程与栈有撒联系？

作者: 黄玉昆 时间: 2013-2-16 17:43

赵文发表于 2013-2-16 16:55
哪能不能告诉我线程与栈有撒联系？

你可以想一想主函数（主线程）和栈有啥联系。线程是在使用着各种数据，对于局部变量（在栈内存中），每个线程运行时都各有自己的一份，而对于共享数据，很明显了，就是大家共用的，如我总结中的卖票的例子，tic就是共享的。你可以自己把图画出来，你就明白了

作者: jonn 时间: 2013-2-16 18:04

黄玉昆发表于 2013-2-16 17:43
你可以想一想主函数（主线程）和栈有啥联系。线程是在使用着各种数据，对于局部变量（在栈内存中），每个 ...

:L...，整个程序处理逻辑过程都是有栈区来完成，而堆区存储对象的数据，不管main线程，还是何时运行启动的垃圾回收线程，与jvm底层交互实现完全交给栈区来处理，classLoader 加载后，校验字节码，方法区查找任何对象，根据栈区的对象引用值，java的解释器去查找对应的堆区对象数据，也查找多线程执行程序，每一个线程其实对应栈区一个单独的栈线程，每个线程包含的局部变量，方法返回值等存放在栈区，若多线程实现通信，不管是偏对锁还是优化多线程的轻量级锁，共享资源对象信息全在堆区，堆区的数据就是被栈区所共享。

作者: 黄玉昆 时间: 2013-2-16 18:16

赵文发表于 2013-2-16 18:04
...，整个程序处理逻辑过程都是有栈区来完成，而堆区存储对象的数据，不管main线程，还是何时运行启动 ...

感觉讲的很好，可是我没太懂，对于多线程间的交互，以及各种锁，我还没有相关接触，以后我会慢慢补充相关知识的。谢谢你

作者: 黄玉昆 时间: 2013-2-17 21:24

六、多线程间的通信：

多线程间通信是线程之间进行交互的方式，简单说就是存储资源和获取资源。比如说仓库中的货物，有进货的，有出货的。还比如生产者和消费者的例子。这些都可以作为线程通信的实例。那么如何更好地实现通信呢？先看下面的代码：

import java.util.concurrent.locks.*;
class ProducerConsumerDemo{
public static void main(String[] args){
Resouse r = new Resouse();
Producer p = new Producer(r);
Consumer c = new Consumer(r);
Thread t1 = new Thread(p);
Thread t2 = new Thread(c);
Thread t3 = new Thread(p);
Thread t4 = new Thread(c);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
}
}
class Resouse{
private String name;
private int count = 1;
private boolean flag = false;
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition condition_P = lock.newCondition();
private Condition condition_C = lock.newCondition();
//要唤醒全部，否则都可能处于冻结状态，那么程序就会停止。这和死锁有区别的。
public void set(String name)throws InterruptedException{
lock.lock();
try{
while(flag)//循环判断，防止都冻结状态
condition.await();
this.name = name + "--" + count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "..生成者--" + this.name);
flag = true;
condition_C.signal();
}finally{
lock.unlock();//释放锁的机制一定要执行
}
}
public void out()throws InterruptedException{
lock.lock();
try{
while(!flag)//循环判断，防止都冻结状态
condition.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "..消费者." + this.name);
flag = false;
condition_P.signal();//唤醒全部
}finally{
lock.unlock();
}
}
}
class Producer implements Runnable{
private Resouse r;
Producer(Resouse r){
this.r = r;
}
public void run(){
while(true){
try{
r.set("--商品--");
}catch (InterruptedException e){}
}
}
}
class Consumer implements Runnable{
private Resouse r;
Consumer(Resouse r){
this.r = r;
}
public void run(){
while(true){
try{//上面抛出了异常
r.out();
}catch (InterruptedException e){}
}
}
}

复制代码

一）等待唤醒机制：

1、显式锁机制和等待唤醒机制：

在JDK 1.5中，提供了改进synchronized的升级解决方案。将同步synchronized替换为显式的Lock操作，将Object中的wait，notify，notifyAll替换成Condition对象，该对象可对Lock锁进行获取。这就实现了本方唤醒对方的操作。在这里说明几点：

1）、对于wait，notify和notifyAll这些方法都是用在同步中，也就是等待唤醒机制，这是因为要对持有监视器（锁）的线程操作。所以要使用在同步中，因为只有同步才具有锁。

2）、而这些方法都定义在Object中，是因为这些方法操作同步中的线程时，都必须表示自己所操作的线程的锁，就是说，等待和唤醒的必须是同一把锁。不可对不同锁中的线程进行唤醒。所以这就使得程序是不良的，因此，通过对锁机制的改良，使得程序得到优化。

3）、等待唤醒机制中，等待的线程处于冻结状态，是被放在线程池中，线程池中的线程已经放弃了执行资格，需要被唤醒后，才有被执行的资格。

2、对于上面的程序，有两点要说明：

1）、为何定义while判断标记：

原因是让被唤醒的线程再判断一次。

避免未经判断，线程不知是否应该执行，就执行本方的上一个已经执行的语句。如果用if，消费者在等着，两个生成着一起判断完flag后，cpu切换到其中一个如t1，另一个t3在wait，当t1唤醒冻结中的一个，是t3（因为它先被冻结的，就会先被唤醒），所以t3未经判断，又生产了一个。而没消费。

2）这里使用的是signal方法，而不是signalAll方法。是因为通过Condition的两个对象，分别唤醒对方，这就体现了Lock锁机制的灵活性。可以通过Contidition对象调用Lock接口中的方法，就可以保证多线程间通信的流畅性了。

作者: 黄玉昆 时间: 2013-2-17 21:24

二）Thread类中的方法简介：

在这简单介绍几个Thread中的方法：

1、停止线程：

在java 1.5之后，就不再使用stop方法停止线程了。那么该如何停止线程呢？只有一种方法，就是让run方法结束。

开启多线程运行，运行代码通常为循环结构，只要控制住循环，就可以让run方法结束，也就可以使线程结束。

注：

特殊情况：当线程处于冻结状态，就不会读取标记，那么线程就不会结束。如下：

class StopThread implements Runnable{
private boolean flag = true;
public synchronized void run(){
while (flag){
try{
wait();
}catch (InterruptedException e) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----Exception");
flag = false;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----run");
}
}
public void changeFlag(){
flag = false;
}
}
class StopThreadDemo{
public static void main(String[] args) {
StopThread st = new StopThread();
Thread t1 = new Thread(st);
Thread t2 = new Thread(st);
t1.start();
t2.start();
int n = 0;
while (true){
if (n++ == 60){
st.changeFlag();
break;
}
System.out.println("Hello World!");
}
}
}

复制代码

这时，当没有指定的方式让冻结的线程回复打破运行状态时，就需要对冻结进行清除。强制让线程回复到运行状态来，这样就可以操作标记让线程结束。

在Thread类中提供了此种方法：interrupt()。此方法是为了让线程中断，但是并没有结束运行，让线程恢复到运行状态，再判断标记从而停止循环，run方法结束，线程结束。

class StopThread implements Runnable{
private boolean flag = true;
public synchronized void run(){
while (flag){
try{
wait();
}catch (InterruptedException e){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----Exception");
flag = false;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----run");
}
}
}
class StopThreadDemo{
public static void main(String[] args){
StopThread st = new StopThread();
Thread t1 = new Thread(st);
Thread t2 = new Thread(st);
t1.start();
t2.start();
int n = 0;
while (true){
if (n++ == 60){
t1.interrupt();
t2.interrupt();
break;
}
System.out.println("Hello World!");
}
}
}

复制代码

2、守护线程：---setDaemon()

可将一个线程标记为守护线程，直接调用这个方法。此方法需要在启动前调用守护线程在这个线程结束后，会自动结束，则Jvm虚拟机也结束运行。

........
//守护线程（后台线程），在启动前调用。后台线程自动结束
t1.setDaemon(true);
t2.setDaemon(true);
t1.start();
t2.start();
.........

复制代码

3、临时加入线程：--join()

特点：当A线程执行到B线程方法时，A线程就会等待，B线程都执行完，A才会执行。join可用来临时加入线程执行。

class Demo implements Runnable{
public void run(){
for(int x=0;x<90;x++){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----run" + x);
}
}
}
class JoinDemo{
public static void main(String[] args)throws Exception{
Demo d = new Demo();
Thread t1 = new Thread(d);
Thread t2 = new Thread(d);
t1.start();
t2.start();
t1.join();//等t1执行完了，主线程才从冻结状态恢复，和t2抢执行权。t2执不执行完都无所谓。
int n = 0;
for(int x=0;x<80;x++){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----main" + x);
}
System.out.println("Over");
}
}

复制代码

4、优先级：

setPriority()：

在Thread中，存在着1~10这十个执行级别，最高的是 MAX_PRIORITY 为10，最低是 MIN_PRIORITY 为1，默认优先级是 NORM_PRIORITY 为5；但是并不是优先级越高，就会一直执行这个线程，只是说会优先执行到这个线程，此后还是有其他线程会和此线程抢夺cpu执行权的。

优先级是可以设定的，可通过setPriority()设定，如：setPriority(Thread.MAX_PRIORITY)设优先级为最大。

yield()：

此方法可暂停当前线程，而执行其他线程。通过这个方法，可稍微减少线程执行频率，达到线程都有机会平均被执行的效果。如下：

class Demo implements Runnable{
public void run(){
for(int x=0;x<90;x++){
System.out.println(Thread.currentThread().toString() + "----run" + x);
Thread.yield();//稍微减少线程执行频率。可达到线程都有机会达到平均运行的效果
}
}
}
class YieldDemo{
public static void main(String[] args)throws Exception{
Demo d = new Demo();
Thread t1 = new Thread(d);
Thread t2 = new Thread(d);
t1.start();
t1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//设置线程优先级最大
t2.start();
System.out.println("Over");
}
}

复制代码

对于多线程的知识，还需要慢慢积累，毕竟线程通信可以提高程序运行的效率，这样就可以让程序得到很大的优化。期待新知识······

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