08多线程并发编程电子课件 Java程序设计案例教程.pptx

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1、模块8 多线程并发编程学习目标01掌握有关线程的基本概念。02掌握通过创建Thread类的子类和通过实现Runnable接口实现多线程的方法。03了解线程的状态和生命周期。05了解线程同步的概念。04了解线程优先级和线程调度。技能目标1.能够在MyEclipse IDE中编程创建Thread类的子类实现多线程。2.能够在MyEclipse IDE中编程实现Runnable接口实现多线程。3.能够在MyEclipse IDE中编程实现线程同步。8.1 回顾与思考多线程是Java的重要特性之一。如果一个程序是单线程的，那么，任何时刻都只有一个执行点。这种单线程执行方法使系统的运行效率偏低，而且，由

2、于必须依靠中断来处理输入/输出，所以，当出现频繁输入/输出或有优先级较低的中断请求时，实时性就变得很差。多线程系统可以避免这个缺点。所谓多线程，就是通过系统的调用使几个具有不同功能的程序流即线程并行运行。多线程可以实现同一时刻执行多个程序，使程序执行的效率变得更高。浏览器就是一个典型的多线程例子。在浏览器中可以一边下载文件，一边播放音频和视频，一边打印文档等。多线程是实现并发的一种有效手段。Java在平台上提供了对多线程的有效支持，利用语言和运行支持系统提供的复杂同步机制，同时还确保了线程的安全性。8.2 线程的使用8.2.1 线程的基本结构1.继承Thread类（1）Thread类。Thre

3、ad类是负责向其他类提供线程功能的最主要的类，为了向一个类增加线程功能，可以简单地从Thread类派生一个类，并重写run()方法。run()方法是线程发生的地方，它常常被称为线程体。Thread类的常用构造方法及成员方法见表8-1。表8-1 Thread类的常用构造方法及成员方法8.2 线程的使用8.2.1 线程的基本结构1.继承Thread类（2）用创建Thread类的子类实现多线程。若用这种方法实现多线程，用户须在程序中创建Thread类的子类，并在子类中重写Thread类的run()方法来定义线程体以实现线程的具体功能，然后创建该子类的对象以创建线程，当用户创建的线程调用start()

4、方法启动时，run()方法将被系统自动执行。8.2 线程的使用8.2.1 线程的基本结构1.继承Thread类【例8-1】通过定义Thread类的子类实现多线程。文件名为Example8_1.java，其代码如下。其代码见P159-160。运行结果如下。8.2 线程的使用8.2.1 线程的基本结构2.用实现Runnable接口实现多线程Runnable接口只定义了一个run()方法，该方法是一个抽象方法，所有实现Runnable接口的类都必须具体实现这个方法，为它提供方法体并定义具体操作。Runnable接口中的run()方法与Thread类中的run()方法一样，能被系统自动识别执行。8.2

5、 线程的使用8.2.1 线程的基本结构2.用实现Runnable接口实现多线程（1）创建实现Runnable接口的类ClassName。基本语法格式如下。（2）创建ClassName类的对象。基本语法格式如下。8.2 线程的使用8.2.1 线程的基本结构2.用实现Runnable接口实现多线程（3）用带有Runnable参数的Thread类构造方法创建线程对象，对象RunnableObject作为构造方法的参数，作为新建线程的目标对象为线程提供run()方法。例如，用表8-1中列出的构造方法Thread(Runnable target)创建线程对象。Thread类中除了上述构造方法带有Runn

6、able参数外，还有下面3个构造方法也带有Runnable参数。8.2 线程的使用8.2.1 线程的基本结构2.用实现Runnable接口实现多线程（4）启动定义的线程。基本语法格式如下。与创建Thread类的子类实现多线程相比，通过Runnable接口实现多线程方法为线程的创建提供了更大的灵活性。由于Java语言不允许多重继承，如果采用创建Thread类的子类的方法创建新线程类，则该类不能再继承其他类，这就限制了程序的功能。而后一种方法却没有这方面的顾虑。8.2 线程的使用8.2.1 线程的基本结构2.用实现Runnable接口实现多线程【例8-2】通过实现Runnable接口实现多线程。文

7、件名为Example8_2.java，其代码如下。其代码见P162-163。运行结果如下。我正在工作！我正在休息，喝咖啡！我正在工作！我正在工作！我正在工作！我正在工作！工作顺利完成！8.2 线程的使用8.2.1 线程的基本结构2.用实现Runnable接口实现多线程【例8-2】通过实现Runnable接口实现多线程。文件名为Example8_2.java，其代码如下。其代码见P162-163。运行结果如下。我正在工作！我正在休息，喝咖啡！我正在工作！我正在工作！我正在工作！我正在工作！工作顺利完成！8.2 线程的使用8.2.2 线程的状态及调度每个Java程序都有一个默认的主线程。对于应用程

8、序，主线程是main()方法执行的路径。对于Applet，主线程指挥浏览器加载并执行Java小程序。为实现多线程，必须在主线程中创建新的线程对象。Java线程是通过Java.lang包中的Thread类来实现的。可通过创建一个Thread类的对象来产生一个新的线程。一个线程一旦产生，它就处于生命周期中的某一种状态。线程的状态表示了线程正在进行的活动及能够完成的任务。图8-1描述了线程的生命周期及其状态转换。8.2 线程的使用8.2.2 线程的状态及调度图8-1 线程的生命周期及其状态转换从图8-1中可以看出，在一个线程从创建到消亡的整个生命周期中，总是处于下面5个状态中的某个状态。8.2 线程

9、的使用8.2.2 线程的状态及调度1.新建状态通过new关键字创建一个Thread类或其子类的线程对象时，该线程对象处于新建状态。创建一个新的线程对象可以用下面的语句实现：该语句是最简单的创建线程语句，但该语句创建的线程是一个空的线程对象，系统还未对这个线程分配任何资源。8.2 线程的使用8.2.2 线程的状态及调度2.就绪状态就绪状态又可称为可运行状态。处于新建状态的线程可通过调用start()方法来启动。start()方法产生了线程运行所需要的系统资源。启动后的线程将进入线程就绪队列排队等待CPU服务，此时线程已经具备了运行的条件，一旦获得CPU等资源，线程就可以脱离创建它的主线程而独立运

10、行。3.运行状态当处于就绪状态的线程被调度并获得CPU资源时，线程就进入运行状态。每个线程对象都有一个重要的run()方法，run()方法定义了该线程的操作和功能。当线程对象被调度执行时，它将自动调用其run()方法并从第一条语句开始顺次执行。8.2 线程的使用8.2.2 线程的状态及调度4.阻塞状态阻塞状态又称为不可运行状态。当发生下列情况之一时，线程就进入阻塞状态。（1）等待输入/输出操作完成。（2）线程调用wait()方法等待一个条件变量。（3）调用了该线程的sleep()休眠方法。（4）调用了suspend()悬挂方法。8.2 线程的使用8.2.2 线程的状态及调度5.消亡状态消亡状态

11、又称死亡状态。当调用run()方法结束后，线程就进入消亡状态，这是线程的正常消亡。另外，线程还可能被提前强制性消亡。不管何种情况，处于消亡状态的线程都不具有继续运行的能力。8.2 线程的使用8.2.3 线程的控制多线程编程对于许多程序员来说是一件棘手的事，特别是当运行的线程数量很多时，控制这些线程相当困难。Java提供了线程组（java.lang.ThreadGroup类）来控制线程，使同时改变大量线程的运行状态成为可能。在创建线程之前，可以创建一个ThreadGroup对象，下面的代码片段是创建一个线程组，并在其中加入两个线程的例子。当线程组被创建以后，每一个线程被创建并传递给ThreadG

12、roup对象，成为线程组中的成员。8.2 线程的使用8.2.3 线程的控制【例8-3】用线程组控制线程。文件名为Example8_3.java，其代码如下。其代码见P166-167。某次运行的结果如下。其代码见P167-168。8.3 线程的管理8.3.1 优先级Java中每个线程都有一个优先级，线程调度器根据优先级的高低决定当前哪个线程先执行。优先级高的线程先执行，优先级低的线程后执行。这样就可以为任务较紧急的重要线程设置较高的优先级，在就绪队列中排在前面；反之，则设置较低的优先级，等到优先级高的线程执行结束后才被执行，让情况紧急的线程首先得到调度。但若线程优先级相同，则遵循队列的“先进先出

13、”原则，即先到的线程先获得CPU资源执行。8.3 线程的管理8.3.1 优先级在Java中，线程的优先级是用数字来表示的，其取值范围为110。另外，Thread类提供3个有关线程优先级的静态属性，见表8-2。表8-2 Thread类定义的静态属性8.3 线程的管理8.3.1 优先级当一个在就绪队列中排队的线程获得CPU资源而转入运行状态后，则称这个线程被调度。线程的调度遵循优先级基础上的抢先策略。抢先策略是指以下几个方面。（1）若一个比当前活动线程优先级更高的线程进入就绪状态，则停止当前活动线程的执行，当前活动线程转入阻塞状态，插入就绪队列中重新等待调度，而优先级高的线程转入运行状态，成为活动

14、线程。（2）若一个比当前活动线程优先级低的线程进入就绪状态，则当前活动线程不停止继续执行，刚进入就绪状态的线程在就绪队列中等待调度。（3）若一个与当前活动线程优先级相同的线程进入就绪状态，则遵循“先到先服务”的原则。8.3 线程的管理8.3.2 同步线程同步的基本思想是协调各线程对共享资源的使用，避免多个线程在某段时间内对同一资源的访问，这个资源可以是数据、代码、设备等。Java通过关键字synchronized来表明被同步的资源，即给资源加“锁”，这个“锁”被称为信号锁。当某个资源被synchronized关键字修饰时，系统在运行时都会分配给它一个信号锁，表明该资源在同一时刻只能由一个线程访

15、问。但是，处理线程同步仅仅定义信号锁是不够的，Java中专门设计了以下3个方法与信号锁配合使用。8.3 线程的管理8.3.2 同步01public final void wait()（等待方法）该方法是一个最终方法，不能被重写，只能在同步方法中被调用。执行该方法会将当前正在运行的线程悬挂，释放所占用的资源，从运行状态转入阻塞状态，进入wait队列等待被唤醒。02 public final void notify()（唤醒方法）该方法也是一个最终方法，不能被重写，只能在同步方法中被调用。执行该方法将唤醒wait队列中优先级最高的一个线程，占有资源运行。8.3 线程的管理8.3.2 同步03pub

16、lic final void notifyAll()（唤醒所有方法）除了notify()方法以外，Java还设计了notifyAll()方法。它的作用与notify()方法相似，不过它是唤醒wait队列中所有的线程。wait()、notify()和notifyAll()3种方法必须在同步方法中被调用。因此，它们只能出现在synchronized作用的范围内。8.3 线程的管理8.3.2 同步在Java中，用synchronized表示同步有两种形式：同步代码块和同步方法。（1）同步代码块。其基本语法格式如下。其中，someObject代表当前对象。当程序执行到synchronized设定的同步

17、化区块时，锁定当前对象，单独执行该同步化区块。8.3 线程的管理8.3.2 同步在Java中，用synchronized表示同步有两种形式：同步代码块和同步方法。（2）同步方法。其基本语法格式如下。在调用同步方法的线程执行结束前，其他调用该同步方法的线程都会被阻塞。8.3 线程的管理8.3.2 同步【例8-4】生产者-消费者模型演示。文件名为Example8_4.java，其代码如下。其代码见P171-174。以下是某次运行结果。其代码见P174-175。8.4 小结进程是程序从代码加载、执行到执行完毕的一个完整的动态执行过程。同时运行多个程序（任务）时称为多进程（多任务）。进程在执行过程中可

18、形成多条执行线索，每条线索称为一个线程。程序执行时，只有一条路线时称为单线程。程序按几条不同的执行路线共同工作时称为多线程。Java语言的一个重要功能特点就是内置对多线程的支持。Java使用Thread类及其子类的对象来表示线程，线程的生命周期包括新建、就绪、运行、阻塞、死亡等状态。多线程系统给就绪队列中的每个线程自动分配线程的优先级，任务较重要的线程的优先级就较高；反之，则较低。优先级相同的线程遵循“先到先服务”原则。8.5 习题1.选择题（1）以下说法正确的是（）。A.在创建Thread类的子类的过程中不能重写run()方法B.在Java应用程序中，用户无须引用run()方法C.sleep

19、()方法和yield()方法都可实现暂时停止一个线程的执行，两者的机理类似，没有太大区别D.多线程就是指多个程序在同时运行（2）以下有关线程状态之间的转换，转换途径合理的是（）。A.新建状态运行状态 B.阻塞状态运行状态C.阻塞状态就绪状态 D.阻塞状态死亡状态8.5 习题1.选择题（3）采用（）方法可将被悬挂的线程恢复至运行状态。A.notify()B.start()C.run()D.resume()（4）Java中声明同步化方法所使用的关键字是（）。A.switch B.staticC.super D.synchronized2.用多线程求解从1累加到1 000。提示：设计两个线程，一个线

20、程计算从1累加到500，另一个线程计算从501累加到1 000，用join()方法协调这两个线程。8.5 习题3.编程实现每隔1秒输出“南京交通职业技术学院”中的一个字符。运行结果如下。4.以下程序代码运行后弹出一个窗口显示当前的时钟，如图8-2所示,补充完整空缺的代码。图8-2 习题4运行结果其代码见P177-178。8.6上机实践1.用继承Thread类的方法编程实现每隔1秒钟向控制台输出自然数累加的结果，加到20结束。2.用实现Runnable接口的方法编程实现每隔1秒钟向控制台输出自然数累加的结果，加到20结束。3.仔细阅读并分析下列程序代码，上机运行后有问题吗？为什么？4.修改上机实践3的代码，使运行结果合理。其代码见P179-181。谢谢观看！