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1、Java程序设计,重庆交大,07:53,12. Java多线程技术基础,12.1 线程概述 12.1.1 线程和进程 12.1.2 多线程的优势 12.2 线程的创建和启动 12.2.1 继承thread类创建线程类 12.2.2 实现runnable接口创建线程类 12.2.3 使用Callable和Future创建线程 12.2.4 三种方式所创建线程的对比 12.3 线程的生命周期 12.3.1 新建和就绪状态 12.3.2 运行和阻塞状态 12.3.3 线程死亡,07:53,12. 多线程技术,前面编写的Java程序(第911章的GUI程序除外，它们有内建的多线程支持)，都是单线程(T
2、hread)，只有一条顺序执行流：程序从main方法开始执行，依次向下执行每行代码，如果程序执行某行代码时遇到了阻塞，则程序将会停滞在该处。 单线程的程序往往功能非常有限，例如开发一个简单的服务器程序，这个服务器程序需要向不同的客户端提供服务时，不同的客户端之间应该互不干扰，否则会让客户端感觉非常沮丧。 多线程听上去是非常专业的概念，其实非常简单单线程的程序(前面介绍的绝大部分程序)只有一个顺序执行流，多线程的程序则可以包括多个顺序执行流，多个顺序流之间互不干扰。可以这样理解：单线程的程序如同只雇佣一个服务员的餐厅，他必须做完一件事情后才可以做下一件事情；多线程的程序则如同雇佣多个服务员的餐厅
3、，他们可以同时做多件事情。,07:53,12. 多线程技术,如下图所示的餐厅点餐台，多个服务员从同一个餐台取餐(类似于多个线程共享系统资源)，每个服务员为一队顾客服务。 Java语言提供了非常优秀的多线程支持，程序可以通过非常简单的方式来启动多线程。本章将会详细介绍Java多线程编程的相关方面，包括创建、启动线程、线程的生命周期等。,可以利用多线程技术编写Java程序模拟(多个)售票窗口、点餐台等例子。,07:53,12.1 线程概述 12.1.1 线程和进程,几乎所有的操作系统都支持同时运行多个任务，一个任务通常就是一个程序，每个运行中的程序就是一个进程(Process)。当一个程序运行时，
4、内部可能包含了多个顺序执行流，每个顺序执行流就是一个线程。 几乎所有的操作系统都支持进程的概念，所有运行中的任务通常对应一个进程。当一个程序进入内存运行时，即变成一个进程。进程是处于运行过程中的程序，并且具有一定的独立功能，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。,07:53,12.1 线程概述 12.1.1 线程和进程,一般而言，进程包含如下三个特征。 独立性：进程是系统中独立存在的实体，它可以拥有自己独立的资源，每一个进程都拥有自己私有的地址空间。在没有经过进程本身允许的情况下，一个用户进程不可以直接访问其他进程的地址空间。 动态性：进程与程序的区别在于，程序只是一个静态的指令集合，而
5、进程是一个正在系统中活动的指令集合。在进程中加入了时间的概念。进程具有自己的生命周期和各种不同的状态，这些概念在程序中都是不具备的。 并发性：多个进程可以在单个处理器上并发执行，多个进程之间不会互相影响。,07:53,12.1 线程概述 12.1.1 线程和进程,07:53,12.1 线程概述 12.1.1 线程和进程,大部分操作系统都支持多进程并发运行，现代的操作系统几乎都支持同时运行多个任务。 但事实的真相是，对于一个CPU而言，它在某个时间点只能执行一个程序，也就是说，只能运行一个进程，CPU不断地在这些进程之间轮换执行。那为什么用户感觉不到任何中断现象呢？这是因为CPU的执行速度相对人
6、的感觉来说实在是太快了(当然，如果启动的程序足够多，用户依然可以感觉到程序的运行速度下降)，所以虽然CPU在多个进程之间轮换执行，但用户感觉到好像有多个进程在同时执行。,07:53,12.1 线程概述 12.1.1 线程和进程,多线程则扩展了多进程的概念，使得同一个进程可以同时并发处理多个任务。线程(Thread)也被称作轻量级进程(Lightweight Process)，线程是进程的执行单元。就像进程在操作系统中的地位一样，线程在程序中是独立的、并发的执行流。当进程被初始化后，主线程就被创建了。对于绝大多数的应用程序来说，通常仅要求有一个主线程，但也可以在该进程内创建多条顺序执行流，这些顺
7、序执行流就是线程，每个线程也是互相独立的。 线程是进程的组成部分，一个进程可以拥有多个线程，一个线程必须有一个父进程。线程可以拥有自己的堆栈、自己的程序计数器和自己的局部变量，但不拥有系统资源(CPU时钟周期、地址空间等)，它与父进程的其他线程共享该进程所拥有的全部资源。因为多个线程共享父进程里的全部资源，因此编程更加方便；但必须更加小心，因为需要确保线程不会妨碍同一进程里的其他线程。,07:53,12.1 线程概述 12.1.1 线程和进程,线程可以完成一定的任务，可以与其他线程共享父进程中的共享变量及部分环境，相互之间协同来完成进程所要完成的任务。 线程是独立运行的，它并不知道进程中是否还
8、有其他线程存在。线程的执行是抢占式的，也就是说，当前运行的线程在任何时候都可能被挂起，以便另外一个线程可以运行。 一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一个进程中的多个线程之间可以并发执行。 从逻辑角度来看，多线程存在于一个应用程序中，让一个应用程序中可以有多个执行部分同时执行，但操作系统无须将多个线程看作多个独立的应用、对多线程实现调度和管理以及资源分配。线程的调度和管理由进程本身负责完成。,07:53,12.1 线程概述 12.1.1 线程和进程,简而言之，一个程序运行后至少有一个进程，一个进程里可以包含多个线程，但至少要包含一个线程。,07:53,12.1 线程概述 12.1.2 多线程的
9、优势,线程在程序中是独立的、并发的执行流，与分隔的进程相比，进程中线程之间的隔离程度要小。它们共享内存、文件句柄和其他每个进程应有的状态。因为线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率。 线程比进程具有更高的性能，这是由于同一个进程中的线程都有共性多个线程共享同一个进程虚拟空间。线程共享的环境包括：进程代码段、进程的公有数据等。利用这些共享的数据，线程很容易实现相互之间的通信。 当操作系统创建一个进程时，必须为该进程分配独立的内存空间，并分配大量的相关资源；但创建一个线程则简单得多，因此使用多线程来实
10、现并发比使用多进程实现并发的性能要高得多。,07:53,12.1 线程概述 12.1.2 多线程的优势,总结起来，使用多线程编程具有如下几个优点： 进程之间不能共享内存，但线程之间共享内存非常容易。 系统创建进程时需要为该进程重新分配系统资源，但创建线程则代价小得多，因此使用多线程来实现多任务并发比多进程的效率高。 Java语言内置了多线程功能支持，而不是单纯地作为底层操作系统的调度方式，从而简化了Java的多线程编程。 在实际应用中，多线程是非常有用的，一个浏览器必须能同时下载多个图片；一个Web服务器必须能同时响应多个用户请求；Java虚拟机本身就在后台提供了一个超级线程来进行垃圾回收；图
11、形用户界面(GUI)应用也需要启动单独的线程从主机环境收集用户界面事件总之，多线程在实际编程中的应用是非常广泛的。,07:53,12.2 线程的创建和启动,Java使用Thread类代表线程，所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。每个线程的作用是完成一定的任务，实际上就是执行一段程序流(一段顺序执行的代码)。Java使用线程执行体来代表这段程序流。 在Java语言里，创建并启动线程有以下三种方式。 继承Thread类创建线程类 实现runnable接口创建线程类 使用Callable和Future创建线程(了解),07:53,12.2 线程的创建和启动 12.2.1 继承thre
12、ad类创建线程类,通过继承Thread类来创建并启动多线程的步骤如下： 定义Thread类的子类，并重写该类的run()方法，该run()方法的方法体就代表了线程需要完成的任务。因此把run()方法称为线程执行体。 创建Thread子类的实例，即创建了线程对象。 调用线程对象的start( )方法来启动该线程。 下面程序示范了通过继承Thread类来创建并启动多线程。 程序清单：chapter12FirstThread.java。,07:53,12.2 线程的创建和启动 12.2.1 继承thread类创建线程类,package chapter12; / 通过继承Thread类来创建线程类 p
13、ublic class FirstThread extends Thread private int i; / 重写run方法，run方法的方法体就是线程执行体 public void run() for (; i 100; i+) / 当线程类继承Thread类时，直接使用this即可获取当前线程 / Thread对象的getName()返回当前该线程的名字 / 因此可以直接调用getName()方法返回当前线程的名 System.out.println(getName() + “ “ + i); ,public static void main(String args) for (int
14、i = 0; i 100; i+) / 调用Thread的currentThread方法获取当前线程 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + “ “ + i); if (i = 20) / 创建、并启动第一条线程 new FirstThread().start(); / 创建、并启动第二条线程 new FirstThread().start(); ,07:53,12.2 线程的创建和启动 12.2.1 继承thread类创建线程类,上面程序中的FirstThread类继承了Thread类，并实现了run()方法，如程序中第一段
15、粗体字代码所示，该run()方法里的代码执行流就是该线程所需要完成的任务。程序的主方法中也包含了一个循环，当循环变量i等于20时创建并启动两个新线程。运行上面程序，会看到如下图所示的结果。,07:53,12.2 线程的创建和启动 12.2.1 继承thread类创建线程类,虽然上面程序只显式地创建并启动了2个线程，但实际上程序有3个线程，即程序显式创建的2个子线程和主线程。前面已经提到，当Java程序开始运行后，程序至少会创建一个主线程，主线程的线程执行体不是由run()方法确定的，而是由main()方法确定的main()方法的方法体代表主线程的线程执行体。,07:53,12.2 线程的创建和
16、启动 12.2.1 继承thread类创建线程类,除此之外，上面程序还用到了线程的如下两个方法： Thread.currentThread()：currentThread()是Thread类的静态方法，该方法总是返回当前正在执行的线程对象。 getName()：该方法是Thread类的实例方法，该方法返回调用该方法的线程名字。,07:53,12.2 线程的创建和启动 12.2.1 继承thread类创建线程类,从上图可以看出，Thread-0和Thread-1两个线程输出的i变量不连续注意i变量是FirstThread的实例变量，而不是局部变量，但因为程序每次创建线程对象时都需要创建一个FirstThread对象，所以Thread-0和Thread-1不能共享该实例变量。,07:53,12.2 线程的创建和启动 12.2.2 实现runnable接口创建线程类,实现Runnable接口来创建并启动多线程的步骤如下： 定义Runnable接口的实现类，并重写该接口的run()方法，该r
