詳解java多線程

近期複習java多線程，偶爾看到了這個，感覺很值得一看。

在java中要想實現多線程，有兩種手段，一種是繼承Thread類，另外一種是實現Runable接口。

對於直接繼承Thread的類來說，代碼大致框架是：

class 類名 extends Thread{
方法1;
方法2；
…
public void run(){
// other code…
}
屬性1；
屬性2；
…
 
}

先看一個簡單的例子：

**
 * @author Rollen-Holt 繼承Thread類,直接調用run方法
 * */
class hello extends Thread {
 
    public hello() {
 
    }
 
    public hello(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(name + "運行     " + i);
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello h1=new hello("A");
        hello h2=new hello("B");
        h1.run();
        h2.run();
    }
 
    private String name;
}

【運行結果】：

A運行 0

A運行 1

A運行 2

A運行 3

A運行 4

B運行 0

B運行 1

B運行 2

B運行 3

B運行 4

我們會發現這些都是順序執行的，說明我們的調用方法不對，應該調用的是start（）方法。

當我們把上面的主函數修改爲如下所示的時候：

public static void main(String[] args) {
        hello h1=new hello("A");
        hello h2=new hello("B");
        h1.start();
        h2.start();
    }

然後運行程序，輸出的可能的結果如下：

A運行 0

B運行 0

B運行 1

B運行 2

B運行 3

B運行 4

A運行 1

A運行 2

A運行 3

A運行 4

因爲需要用到CPU的資源，所以每次的運行結果基本是都不一樣的，呵呵。

注意：雖然我們在這裏調用的是start（）方法，但是實際上調用的還是run（）方法的主體。

那麼：爲什麼我們不能直接調用run（）方法呢？

我的理解是：線程的運行需要本地操作系統的支持。

如果你查看start的源代碼的時候，會發現：

public synchronized void start() {
        /**
     * This method is not invoked for the main method thread or "system"
     * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added 
     * to this method in the future may have to also be added to the VM.
     *
     * A zero status value corresponds to state "NEW".
         */
        if (threadStatus != 0 || this != me)
            throw new IllegalThreadStateException();
        group.add(this);
        start0();
        if (stopBeforeStart) {
        stop0(throwableFromStop);
    }
}
private native void start0();

注意我用紅色加粗的那一條語句，說明此處調用的是start0（）。並且這個這個方法用了native關鍵字，次關鍵字表示調用本地操作系統的函數。因爲多線程的實現需要本地操作系統的支持。

但是start方法重複調用的話，會出現java.lang.IllegalThreadStateException異常。

通過實現Runnable接口：

大致框架是：

class 類名 implements Runnable{
方法1;
方法2；
…
public void run(){
// other code…
}
屬性1；
屬性2；
…
 
}

來先看一個小例子吧：

/**
 * @author Rollen-Holt 實現Runnable接口
 * */
class hello implements Runnable {
 
    public hello() {
 
    }
 
    public hello(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(name + "運行     " + i);
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello h1=new hello("線程A");
        Thread demo= new Thread(h1);
        hello h2=new hello("線程Ｂ");
        Thread demo1=new Thread(h2);
        demo.start();
        demo1.start();
    }
 
    private String name;
}

【可能的運行結果】：

線程A運行 0

線程Ｂ運行 0

線程Ｂ運行 1

線程Ｂ運行 2

線程Ｂ運行 3

線程Ｂ運行 4

線程A運行 1

線程A運行 2

線程A運行 3

線程A運行 4

關於選擇繼承Thread還是實現Runnable接口？

其實Thread也是實現Runnable接口的：

class Thread implements Runnable {
    //…
public void run() {
        if (target != null) {
             target.run();
        }
        }
}

其實Thread中的run方法調用的是Runnable接口的run方法。不知道大家發現沒有，Thread和Runnable都實現了run方法，這種操作模式其實就是代理模式。

Thread和Runnable的區別：

如果一個類繼承Thread，則不適合資源共享。但是如果實現了Runable接口的話，則很容易的實現資源共享。

/**
 * @author Rollen-Holt 繼承Thread類，不能資源共享
 * */
class hello extends Thread {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 7; i++) {
            if (count > 0) {
                System.out.println("count= " + count--);
            }
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello h1 = new hello();
        hello h2 = new hello();
        hello h3 = new hello();
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
    }
 
    private int count = 5;
}

【運行結果】：

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

大家可以想象，如果這個是一個買票系統的話，如果count表示的是車票的數量的話，說明並沒有實現資源的共享。

我們換爲Runnable接口

class MyThread implements Runnable{
 
    private int ticket = 5;  //5張票
 
    public void run() {
        for (int i=0; i<=20; i++) {
            if (this.ticket > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "正在賣票"+this.ticket--);
            }
        }
    }
}
public class lzwCode {
     
    public static void main(String [] args) {
        MyThread my = new MyThread();
        new Thread(my, "1號窗口").start();
        new Thread(my, "2號窗口").start();
        new Thread(my, "3號窗口").start();
    }
}

【運行結果】：

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

總結一下吧：

實現Runnable接口比繼承Thread類所具有的優勢：

1）：適合多個相同的程序代碼的線程去處理同一個資源

2）：可以避免java中的單繼承的限制

3）：增加程序的健壯性，代碼可以被多個線程共享，代碼和數據獨立。

所以，本人建議大家勁量實現接口。

/**
 * @author Rollen-Holt 
 * 取得線程的名稱
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        new Thread(he,"A").start();
        new Thread(he,"B").start();
        new Thread(he).start();
    }
}

【運行結果】：

Thread-0

說明如果我們沒有指定名字的話，系統自動提供名字。

提醒一下大家：main方法其實也是一個線程。在java中所以的線程都是同時啓動的，至於什麼時候，哪個先執行，完全看誰先得到CPU的資源。

在java中，每次程序運行至少啓動2個線程。一個是main線程，一個是垃圾收集線程。因爲每當使用java命令執行一個類的時候，實際上都會啓動一個ＪＶＭ，每一個ｊＶＭ實習在就是在操作系統中啓動了一個進程。

判斷線程是否啓動

/**
 * @author Rollen-Holt 判斷線程是否啓動
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread demo = new Thread(he);
        System.out.println("線程啓動之前---》" + demo.isAlive());
        demo.start();
        System.out.println("線程啓動之後---》" + demo.isAlive());
    }
}

【運行結果】

線程啓動之前---》false

線程啓動之後---》true

Thread-0

主線程也有可能在子線程結束之前結束。並且子線程不受影響，不會因爲主線程的結束而結束。

線程的強制執行：

/**
     * @author Rollen-Holt 線程的強制執行
     * */
    class hello implements Runnable {
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            }
        }
     
        public static void main(String[] args) {
            hello he = new hello();
            Thread demo = new Thread(he,"線程");
            demo.start();
            for(int i=0;i<50;++i){
                if(i>10){
                    try{
                        demo.join();  //強制執行demo
                    }catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("main 線程執行-->"+i);
            }
        }
    }

【運行的結果】：

main 線程執行-->0

main 線程執行-->1

main 線程執行-->2

main 線程執行-->3

main 線程執行-->4

main 線程執行-->5

main 線程執行-->6

main 線程執行-->7

main 線程執行-->8

main 線程執行-->9

main 線程執行-->10

線程

main 線程執行-->11

main 線程執行-->12

main 線程執行-->13

．．．

線程的休眠：

/**
 * @author Rollen-Holt 線程的休眠
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + i);
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread demo = new Thread(he, "線程");
        demo.start();
    }
}

【運行結果】：（結果每隔2s輸出一個）

線程0

線程1

線程2

線程的中斷：

/**
 * @author Rollen-Holt 線程的中斷
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        System.out.println("執行run方法");
        try {
            Thread.sleep(10000);
            System.out.println("線程完成休眠");
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("休眠被打斷");
            return;  //返回到程序的調用處
        }
        System.out.println("線程正常終止");
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread demo = new Thread(he, "線程");
        demo.start();
        try{
            Thread.sleep(2000);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        demo.interrupt(); //2s後中斷線程
    }
}

【運行結果】：

執行run方法

休眠被打斷

在java程序中，只要前臺有一個線程在運行，整個java程序進程不會小時，所以此時可以設置一個後臺線程，這樣即使java進程小時了，此後臺線程依然能夠繼續運行。

/**
 * @author Rollen-Holt 後臺線程
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在運行");
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread demo = new Thread(he, "線程");
        demo.setDaemon(true);
        demo.start();
    }
}

雖然有一個死循環，但是程序還是可以執行完的。因爲在死循環中的線程操作已經設置爲後臺運行了。

線程的優先級：

/**
 * @author Rollen-Holt 線程的優先級
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for(int i=0;i<5;++i){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"運行"+i);
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        Thread h1=new Thread(new hello(),"A");
        Thread h2=new Thread(new hello(),"B");
        Thread h3=new Thread(new hello(),"C");
        h1.setPriority(8);
        h2.setPriority(2);
        h3.setPriority(6);
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
         
    }
}

【運行結果】：

A運行0

A運行1

A運行2

A運行3

A運行4

B運行0

C運行0

C運行1

C運行2

C運行3

C運行4

B運行1

B運行2

B運行3

B運行4

。但是請讀者不要誤以爲優先級越高就先執行。誰先執行還是取決於誰先去的CPU的資源、

另外，主線程的優先級是5.

線程的禮讓。

在線程操作中，也可以使用yield（）方法，將一個線程的操作暫時交給其他線程執行。

/**
 * @author Rollen-Holt 線程的優先級
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for(int i=0;i<5;++i){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"運行"+i);
            if(i==3){
                System.out.println("線程的禮讓");
                Thread.currentThread().yield();
            }
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        Thread h1=new Thread(new hello(),"A");
        Thread h2=new Thread(new hello(),"B");
        h1.start();
        h2.start();
         
    }
}

A運行0

A運行1

A運行2

A運行3

線程的禮讓

A運行4

B運行0

B運行1

B運行2

B運行3

線程的禮讓

B運行4

同步和死鎖：

【問題引出】:比如說對於買票系統，有下面的代碼：

/**
 * @author Rollen-Holt 
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for(int i=0;i<10;++i){
            if(count>0){
                try{
                    Thread.sleep(1000);
                }catch(InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(count--);
            }
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he=new hello();
        Thread h1=new Thread(he);
        Thread h2=new Thread(he);
        Thread h3=new Thread(he);
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
    }
    private int count=5;
}

【運行結果】：

-1

這裏出現了-1，顯然這個是錯的。，應該票數不能爲負值。

如果想解決這種問題，就需要使用同步。所謂同步就是在統一時間段中只有有一個線程運行，

其他的線程必須等到這個線程結束之後才能繼續執行。

【使用線程同步解決問題】

採用同步的話，可以使用同步代碼塊和同步方法兩種來完成。

【同步代碼塊】：

語法格式：

synchronized（同步對象）{

//需要同步的代碼

}

但是一般都把當前對象this作爲同步對象。

比如對於上面的買票的問題，如下：

/**
 * @author Rollen-Holt 
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for(int i=0;i<10;++i){
            synchronized (this) {
                if(count>0){
                    try{
                        Thread.sleep(1000);
                    }catch(InterruptedException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(count--);
                }
            }
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he=new hello();
        Thread h1=new Thread(he);
        Thread h2=new Thread(he);
        Thread h3=new Thread(he);
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
    }
    private int count=5;
}

【運行結果】：（每一秒輸出一個結果）

【同步方法】

也可以採用同步方法。

語法格式爲synchronized 方法返回類型方法名（參數列表）{

// 其他代碼

}

現在，我們採用同步方法解決上面的問題。

/**
 * @author Rollen-Holt
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            sale();
        }
    }
 
    public synchronized void sale() {
        if (count > 0) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(count--);
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread h1 = new Thread(he);
        Thread h2 = new Thread(he);
        Thread h3 = new Thread(he);
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
    }
 
    private int count = 5;

【運行結果】（每秒輸出一個）

提醒一下，當多個線程共享一個資源的時候需要進行同步，但是過多的同步可能導致死鎖。

此處列舉經典的生產者和消費者問題。

【生產者和消費者問題】

先看一段有問題的代碼。

class Info {
 
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public int getAge() {
        return age;
    }
 
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
 
    private String name = "Rollen";
    private int age = 20;
}
 
/**
 * 生產者
 * */
class Producer implements Runnable{
    private Info info=null;
    Producer(Info info){
        this.info=info;
    }
     
    public void run(){
        boolean flag=false;
        for(int i=0;i<25;++i){
            if(flag){
                this.info.setName("Rollen");
                try{
                    Thread.sleep(100);
                }catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                this.info.setAge(20);
                flag=false;
            }else{
                this.info.setName("chunGe");
                try{
                    Thread.sleep(100);
                }catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                this.info.setAge(100);
                flag=true;
            }
        }
    }
}
/**
 * 消費者類
 * */
class Consumer implements Runnable{
    private Info info=null;
    public Consumer(Info info){
        this.info=info;
    }
     
    public void run(){
        for(int i=0;i<25;++i){
            try{
                Thread.sleep(100);
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(this.info.getName()+"<---->"+this.info.getAge());
        }
    }
}
 
/**
 * 測試類
 * */
class hello{
    public static void main(String[] args) {
        Info info=new Info();
        Producer pro=new Producer(info);
        Consumer con=new Consumer(info);
        new Thread(pro).start();
        new Thread(con).start();
    }
}

【運行結果】：

Rollen<---->100

chunGe<---->20

chunGe<---->100

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

大家可以從結果中看到，名字和年齡並沒有對於。

那麼如何解決呢？

1）加入同步

2）加入等待和喚醒

先來看看加入同步會是如何。

class Info {
     
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public int getAge() {
        return age;
    }
 
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
 
    public synchronized void set(String name, int age){
        this.name=name;
        try{
            Thread.sleep(100);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.age=age;
    }
     
    public synchronized void get(){
        try{
            Thread.sleep(100);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(this.getName()+"<===>"+this.getAge());
    }
    private String name = "Rollen";
    private int age = 20;
}
 
/**
 * 生產者
 * */
class Producer implements Runnable {
    private Info info = null;
 
    Producer(Info info) {
        this.info = info;
    }
 
    public void run() {
        boolean flag = false;
        for (int i = 0; i < 25; ++i) {
            if (flag) {
                 
                this.info.set("Rollen", 20);
                flag = false;
            } else {
                this.info.set("ChunGe", 100);
                flag = true;
            }
        }
    }
}
 
/**
 * 消費者類
 * */
class Consumer implements Runnable {
    private Info info = null;
 
    public Consumer(Info info) {
        this.info = info;
    }
 
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 25; ++i) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            this.info.get();
        }
    }
}
 
/**
 * 測試類
 * */
class hello {
    public static void main(String[] args) {
        Info info = new Info();
        Producer pro = new Producer(info);
        Consumer con = new Consumer(info);
        new Thread(pro).start();
        new Thread(con).start();
    }
}

【運行結果】：

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

從運行結果來看，錯亂的問題解決了，現在是Rollen 對應20，ChunGe對於100

，但是還是出現了重複讀取的問題，也肯定有重複覆蓋的問題。如果想解決這個問題，就需要使用Object類幫忙了、

，我們可以使用其中的等待和喚醒操作。

要完成上面的功能，我們只需要修改Info類飢渴，在其中加上標誌位，並且通過判斷標誌位完成等待和喚醒的操作，代碼如下：

class Info {
     
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public int getAge() {
        return age;
    }
 
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
 
    public synchronized void set(String name, int age){
        if(!flag){
            try{
                super.wait();
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        this.name=name;
        try{
            Thread.sleep(100);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.age=age;
        flag=false;
        super.notify();
    }
     
    public synchronized void get(){
        if(flag){
            try{
                super.wait();
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
         
        try{
            Thread.sleep(100);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(this.getName()+"<===>"+this.getAge());
        flag=true;
        super.notify();
    }
    private String name = "Rollen";
    private int age = 20;
    private boolean flag=false;
}
 
/**
 * 生產者
 * */
class Producer implements Runnable {
    private Info info = null;
 
    Producer(Info info) {
        this.info = info;
    }
 
    public void run() {
        boolean flag = false;
        for (int i = 0; i < 25; ++i) {
            if (flag) {
                 
                this.info.set("Rollen", 20);
                flag = false;
            } else {
                this.info.set("ChunGe", 100);
                flag = true;
            }
        }
    }
}
 
/**
 * 消費者類
 * */
class Consumer implements Runnable {
    private Info info = null;
 
    public Consumer(Info info) {
        this.info = info;
    }
 
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 25; ++i) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            this.info.get();
        }
    }
}
 
/**
 * 測試類
 * */
class hello {
    public static void main(String[] args) {
        Info info = new Info();
        Producer pro = new Producer(info);
        Consumer con = new Consumer(info);
        new Thread(pro).start();
        new Thread(con).start();
    }
}

【程序運行結果】：
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
先在看結果就可以知道，之前的問題完全解決。

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