java多線程總結
以前沒有寫筆記的習慣,現在慢慢的發現及時總結是多麼的重要了,呵呵。雖然才大二,但是也快要畢業了,要加油了。
這一篇文章主要關於java多線程,主要還是以例子來驅動的。因爲講解多線程的書籍和文章已經很多了,所以我也不好意思多說,呵呵、大家可以去參考一些那些書籍。我這個文章主要關於實際的一些問題。同時也算是我以後複習的資料吧,。呵呵大家多多指教。
同時希望多結交一些技術上的朋友。謝謝。
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java中的多線程
在java中要想實現多線程,有兩種手段,一種是繼續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:
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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:
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/** * @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:
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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:
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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:
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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:
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/** * @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:
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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。關於代理模式,我曾經寫過一個小例子呵呵,大家有興趣的話可以看一下:http://www.cnblogs.com/rollenholt/archive/2011/08/18/2144847.html
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。
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/** * @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:
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/** * @author Rollen-Holt 繼承Thread類,不能資源共享 * */ class hello implements
Runnable { 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 he= new
hello(); new
Thread(he).start(); } private
int count = 5 ; } |
【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。
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/** * @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】:
A
A
A
B
B
B
Thread-0
Thread-0
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
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/** * @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
Thread-0
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:
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/** * @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
線程
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:
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/** * @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:
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/** * @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。
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/** * @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:
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/** * @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。
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/** * @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:
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/** * @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】:
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1
0
-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:
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/** * @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)
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【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。
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/** * @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)
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4
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2
1
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。
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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
Rollen<---->100
Rollen<---->100
chunGe<---->20
chunGe<---->20
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。
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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
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
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ChunGe<===>100
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ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
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ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
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:
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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(); } } |
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【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。 |
《完》
PS(寫在後面):
本人深知學的太差,所以希望大家能多多指點。另外,關於多線程其實有很多的知識,由於目前我也就知道的不太多,寫了一些常用的。雖然在操作系統這門課上學了很多的線程和進程,比如銀行家算法等等的,以後有時間在補充,大家有什麼好資料可以留個言,大家一起分享一下,謝謝了。