java多线程编程总结.pdf
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1、Java 多线程编程线程:大总结多线程编程线程:大总结 Java 线程是 Java 语言中一个非常重要的部分,Java5 之前,多线程的语言支持还是比较弱的,内容也较少,写一个复杂的多线程程序是相当有挑战性的。在 Java5 以后,Java 对多线程做了很多扩展,扩展部分称之为并发包。这部分内容大大增强了 Java 多线程编程的能力,通过使用 Java5 线程新特征的 API,可以很容易的做出复杂的多线程程序。与其他语言相比,已经是相当强悍了。通过十多篇博文,将 Java 多线程的方方面面过了一遍,对我来说是一个学习和提高的过程,也为 Java 线程系列博文能给后来的学习者带来便利。知识点都过
2、了一遍,要总结起来感觉很困难,毕竟 Java 线程是一个庞大的话题,不知道从何说起,如果泛泛而谈,那总结还有什么意义呢,再次,将前面的博文串联起来,按照先后顺序加上链接,以方便浏览也最好的首尾。下面是 Java 线程系列博文的一个编目:Java线程:概念与原理线程:概念与原理 Java线程:创建与启动线程:创建与启动 Java线程:线程栈模型与线程的变量线程:线程栈模型与线程的变量 Java线程:线程状态的转换线程:线程状态的转换 Java线程:线程的同步与锁线程:线程的同步与锁 Java线程:线程的交互线程:线程的交互 Java线程:线程的调度线程:线程的调度-休眠休眠 Java线程:线程的
3、调度线程:线程的调度-优先级优先级 Java线程:线程的调度线程:线程的调度-让步让步 Java线程:线程的调度线程:线程的调度-合并合并 Java线程:线程的调度线程:线程的调度-守护线程守护线程 Java线程:线程的同步线程:线程的同步-同步方法同步方法 Java线程:线程的同步线程:线程的同步-同步块同步块 Java线程:并发协作线程:并发协作-生产者消费者模型生产者消费者模型 Java线程线程:并发协作:并发协作-死锁死锁 Java线程:线程:volatile关键字关键字 Java线程:新特征线程:新特征-线程池线程池 Java线程:新特征线程:新特征-有返回值的线程有返回值的线程 J
4、ava线程:新特征线程:新特征-锁(上)锁(上)Java线程:新特征线程:新特征-锁(下)锁(下)Java线程:新特征线程:新特征-信号量信号量 Java线程:新特征线程:新特征-阻塞队列阻塞队列 Java线程:新特征线程:新特征-阻塞栈阻塞栈 Java线程线程:新特征:新特征-条件变量条件变量 Java线程:新特征线程:新特征-原子量原子量 Java线程:新特征线程:新特征-障碍器障碍器 Java线程:大总结线程:大总结 Java 线程:概念与原理线程:概念与原理 一、操作系统中线程和进程的概念一、操作系统中线程和进程的概念 现在的操作系统是多任务操作系统。多线程是实现多任务的一种方式。进程
5、是指一个内存中运行的应用程序,每个进程都有自己独立的一块内存空间,一个进程中可以启动多个线程。比如在 Windows 系统中,一个运行的 exe 就是一个进程。线程是指进程中的一个执行流程,一个进程中可以运行多个线程。比如 java.exe 进程中可以运行很多线程。线程总是属于某个进程,进程中的多个线程共享进程的内存。“同时”执行是人的感觉,在线程之间实际上轮换执行。二、二、Java 中的线程中的线程 在 Java 中,“线程”指两件不同的事情:1、java.lang.Thread 类的一个实例;2、线程的执行。使用 java.lang.Thread 类或者 java.lang.Runnabl
6、e 接口编写代码来定义、实例化和启动新线程。一个 Thread 类实例只是一个对象,像 Java 中的任何其他对象一样,具有变量和方法,生死于堆上。Java 中,每个线程都有一个调用栈,即使不在程序中创建任何新的线程,线程也在后台运行着。一个 Java 应用总是从 main()方法开始运行,mian()方法运行在一个线程内,它被称为主线程。一旦创建一个新的线程,就产生一个新的调用栈。线程总体分两类:用户线程和守候线程。当所有用户线程执行完毕的时候,JVM 自动关闭。但是守候线程却不独立于 JVM,守候线程一般是由操作系统或者用户自己创建的。Java 线程:创建与启动线程:创建与启动 一、定义线
7、程一、定义线程 1、扩展 java.lang.Thread 类。此类中有个 run()方法,应该注意其用法:public void run()如果该线程是使用独立的 Runnable 运行对象构造的,则调用该 Runnable 对象的 run 方法;否则,该方法不执行任何操作并返回。Thread 的子类应该重写该方法。2、实现 java.lang.Runnable 接口。void run()使用实现接口 Runnable 的对象创建一个线程时,启动该线程将导致在独立执行的线程中调用对象的 run 方法。方法 run 的常规协定是,它可能执行任何所需的操作。二、实例化线程二、实例化线程 1、如果
8、是扩展 java.lang.Thread 类的线程,则直接 new 即可。2、如果是实现了 java.lang.Runnable 接口的类,则用 Thread 的构造方法:Thread(Runnable target)Thread(Runnable target,String name)Thread(ThreadGroup group,Runnable target)Thread(ThreadGroup group,Runnable target,String name)Thread(ThreadGroup group,Runnable target,String name,long stac
9、kSize)三、启动线程三、启动线程 在线程的 Thread 对象上调用 start()方法,而不是 run()或者别的方法。在调用 start()方法之前:线程处于新状态中,新状态指有一个 Thread 对象,但还没有一个真正的线程。在调用 start()方法之后:发生了一系列复杂的事情:启动新的执行线程(具有新的调用栈);该线程从新状态转移到可运行状态;当该线程获得机会执行时,其目标run()方法将运行。注意:对 Java 来说,run()方法没有任何特别之处。像 main()方法一样,它只是新线程知道调用的方法名称(和签名)。因此,在 Runnable 上或者 Thread 上调用 ru
10、n 方法是合法的。但并不启动新的线程。四、例子四、例子 1、实现 Runnable 接口的多线程例子/*实现 Runnable 接口的类 *author leizhimin 2008-9-13 18:12:10 */public class DoSomething implements Runnable private String name;public DoSomething(String name)this.name=name;public void run()for(int i=0;i 5;i+)for(long k=0;k 100000000;k+);System.out.print
11、ln(name+:+i);/*测试 Runnable 类实现的多线程程序 *author leizhimin 2008-9-13 18:15:02 */public class TestRunnable public static void main(String args)DoSomething ds1=new DoSomething(阿三);DoSomething ds2=new DoSomething(李四);Thread t1=new Thread(ds1);Thread t2=new Thread(ds2);t1.start();t2.start();执行结果:李四:0 阿三:0 李
12、四:1 阿三:1 李四:2 李四:3 阿三:2 李四:4 阿三:3 阿三:4 Process finished with exit code 0 2、扩展 Thread 类实现的多线程例子 /*测试扩展 Thread 类实现的多线程程序 *author leizhimin 2008-9-13 18:22:13 */public class TestThread extends Thread public TestThread(String name)super(name);public void run()for(int i=0;i5;i+)for(long k=0;k 100000000;k
13、+);System.out.println(this.getName()+:+i);public static void main(String args)Thread t1=new TestThread(阿三);Thread t2=new TestThread(李四);t1.start();t2.start();执行结果:阿三:0 李四:0 阿三:1 李四:1 阿三:2 李四:2 阿三:3 阿三:4 李四:3 李四:4 Process finished with exit code 0 对于上面的多线程程序代码来说,输出的结果是不确定的。其中的一条语句 for(long k=0;k 1000
14、00000;k+);是用来模拟一个非常耗时的操作的。五、一些常见问题五、一些常见问题 1、线程的名字,一个运行中的线程总是有名字的,名字有两个来源,一个是虚拟机自己给的名字,一个是你自己的定的名字。在没有指定线程名字的情况下,虚拟机总会为线程指定名字,并且主线程的名字总是 mian,非主线程的名字不确定。2、线程都可以设置名字,也可以获取线程的名字,连主线程也不例外。3、获取当前线程的对象的方法是:Thread.currentThread();4、在上面的代码中,只能保证:每个线程都将启动,每个线程都将运行直到完成。一系列线程以某种顺序启动并不意味着将按该顺序执行。对于任何一组启动的线程来说,
15、调度程序不能保证其执行次序,持续时间也无法保证。5、当线程目标 run()方法结束时该线程完成。6、一旦线程启动,它就永远不能再重新启动。只有一个新的线程可以被启动,并且只能一次。一个可运行的线程或死线程可以被重新启动。7、线程的调度是 JVM 的一部分,在一个 CPU 的机器上上,实际上一次只能运行一个线程。一次只有一个线程栈执行。JVM 线程调度程序决定实际运行哪个处于可运行状态的线程。众多可运行线程中的某一个会被选中做为当前线程。可运行线程被选择运行的顺序是没有保障的。8、尽管通常采用队列形式,但这是没有保障的。队列形式是指当一个线程完成“一轮”时,它移到可运行队列的尾部等待,直到它最终
16、排队到该队列的前端为止,它才能被再次选中。事实上,我们把它称为可运行池而不是一个可运行队列,目的是帮助认识线程并不都是以某种有保障的顺序排列唱呢个一个队列的事实。9、尽管我们没有无法控制线程调度程序,但可以通过别的方式来影响线程调度的方式。Java 线程:线程栈模型与线程的变量线程:线程栈模型与线程的变量 要理解线程调度的原理,以及线程执行过程,必须理解线程栈模型。线程栈是指某时刻时内存中线程调度的栈信息,当前调用的方法总是位于栈顶。线程栈的内容是随着程序的运行动态变化的,因此研究线程栈必须选择一个运行的时刻(实际上指代码运行到什么地方)。下面通过一个示例性的代码说明线程(调用)栈的变化过程。
17、这幅图描述在代码执行到两个不同时刻 1、2 时候,虚拟机线程调用栈示意图。当程序执行到 t.start();时候,程序多出一个分支(增加了一个调用栈 B),这样,栈 A、栈 B并行执行。从这里就可以看出方法调用和线程启动的区别了。Java 线程:线程状态的转换线程:线程状态的转换 一、线程状态一、线程状态 线程的状态转换是线程控制的基础。线程状态总的可分为五大状态:分别是生、死、可运行、运行、等待/阻塞。用一个图来描述如下:1、新状态:线程对象已经创建,还没有在其上调用 start()方法。2、可运行状态:当线程有资格运行,但调度程序还没有把它选定为运行线程时线程所处的状态。当 start()
18、方法调用时,线程首先进入可运行状态。在线程运行之后或者从阻塞、等待或睡眠状态回来后,也返回到可运行状态。3、运行状态:线程调度程序从可运行池中选择一个线程作为当前线程时线程所处的状态。这也是线程进入运行状态的唯一一种方式。4、等待/阻塞/睡眠状态:这是线程有资格运行时它所处的状态。实际上这个三状态组合为一种,其共同点是:线程仍旧是活的,但是当前没有条件运行。换句话说,它是可运行的,但是如果某件事件出现,他可能返回到可运行状态。5、死亡态:当线程的 run()方法完成时就认为它死去。这个线程对象也许是活的,但是,它已经不是一个单独执行的线程。线程一旦死亡,就不能复生。如果在一个死去的线程上调用
19、start()方法,会抛出 java.lang.IllegalThreadStateException 异常。有关详细状态转换图可以参看下图。二、阻止线程执行二、阻止线程执行 对于线程的阻止,考虑一下三个方面,不考虑 IO 阻塞的情况:睡眠;等待;因为需要一个对象的锁定而被阻塞。1、睡眠 Thread.sleep(long millis)和 Thread.sleep(long millis,int nanos)静态方法强制当前正在执行的线程休眠(暂停执行),以“减慢线程”。当线程睡眠时,它入睡在某个地方,在苏醒之前不会返回到可运行状态。当睡眠时间到期,则返回到可运行状态。线程睡眠的原因:线程执
20、行太快,或者需要强制进入下一轮,因为 Java 规范不保证合理的轮换。睡眠的实现:调用静态方法。try Thread.sleep(123);catch(InterruptedException e)e.printStackTrace();睡眠的位置:为了让其他线程有机会执行,可以将 Thread.sleep()的调用放线程 run()之内。这样才能保证该线程执行过程中会睡眠。例如,在前面的例子中,将一个耗时的操作改为睡眠,以减慢线程的执行。可以这么写:public void run()for(int i=0;i5;i+)/很耗时的操作,用来减慢线程的执行/for(long k=0;k 1000
21、00000;k+);try Thread.sleep(3);catch(InterruptedException e)e.printStackTrace();.System.out.println(this.getName()+:+i);运行结果:阿三:0 李四:0 阿三:1 阿三:2 阿三:3 李四:1 李四:2 阿三:4 李四:3 李四:4 Process finished with exit code 0 这样,线程在每次执行过程中,总会睡眠 3 毫秒,睡眠了,其他的线程就有机会执行了。注意:注意:1、线程睡眠是帮助所有线程获得运行机会的最好方法。2、线程睡眠到期自动苏醒,并返回到可运行
22、状态,不是运行状态。sleep()中指定的时间是线程不会运行的最短时间。因此,sleep()方法不能保证该线程睡眠到期后就开始执行。3、sleep()是静态方法,只能控制当前正在运行的线程。下面给个例子:/*一个计数器,计数到 100,在每个数字之间暂停 1 秒,每隔 10 个数字输出一个字符串 *author leizhimin 2008-9-14 9:53:49 */public class MyThread extends Thread public void run()for(int i=0;i 100;i+)if(i)%10=0)System.out.println(-+i);Sys
23、tem.out.print(i);try Thread.sleep(1);System.out.print(线程睡眠 1 毫秒!n);catch(InterruptedException e)e.printStackTrace();public static void main(String args)new MyThread().start();-0 0 线程睡眠 1 毫秒!1 线程睡眠 1 毫秒!2 线程睡眠 1 毫秒!3 线程睡眠 1 毫秒!4 线程睡眠 1 毫秒!5 线程睡眠 1 毫秒!6 线程睡眠 1 毫秒!7 线程睡眠 1 毫秒!8 线程睡眠 1 毫秒!9 线程睡眠 1 毫秒!-1
24、0 10 线程睡眠 1 毫秒!11 线程睡眠 1 毫秒!12 线程睡眠 1 毫秒!13 线程睡眠 1 毫秒!14 线程睡眠 1 毫秒!15 线程睡眠 1 毫秒!16 线程睡眠 1 毫秒!17 线程睡眠 1 毫秒!18 线程睡眠 1 毫秒!19 线程睡眠 1 毫秒!.2、线程的优先级和线程让步 yield()线程的让步是通过 Thread.yield()来实现的。yield()方法的作用是:暂停当前正在执行的线程对象,并执行其他线程。要理解 yield(),必须了解线程的优先级的概念。线程总是存在优先级,优先级范围在 110之间。JVM 线程调度程序是基于优先级的抢先调度机制。在大多数情况下,当
25、前运行的线程优先级将大于或等于线程池中任何线程的优先级。但这仅仅是大多数情况。注意:注意:当设计多线程应用程序的时候,一定不要依赖于线程的优先级。因为线程调度优先级操作是没有保障的,只能把线程优先级作用作为一种提高程序效率的方法,但是要保证程序不依赖这种操作。当线程池中线程都具有相同的优先级,调度程序的 JVM 实现自由选择它喜欢的线程。这时候调度程序的操作有两种可能:一是选择一个线程运行,直到它阻塞或者运行完成为止。二是时间分片,为池内的每个线程提供均等的运行机会。设置线程的优先级:线程默认的优先级是创建它的执行线程的优先级。可以通过setPriority(int newPriority)更
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