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1、Java的多线程机制16 6主要内容4线程的概念线程的生命周期4Java中多线程的编程继承Thread类与使用Runnable接口Thread类的主要方法4线程的同步与死锁4动画26 6程序-进程-线程4程序是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。指一段静态的代码。4进程是程序的一次执行过程，是系统进行调度和资源分配的一个独立单位。执行就绪等待PCBCPU挂起36 6程序-进程-线程4线程是比进程更小一级的执行单元。4一个进程在其执行过程中，可以产生多个线程，形成多条执行线索。4每个线程也有它自身的产生、存在和消亡的过程，也是一个动态的概念。4一个线程有它自己的入口和出口，以及一个顺
2、序执行的序列4线程不能独立存在，必须存在于进程中，各线程间共享进程空间的数据。4线程线程创建、销毁和切换的负荷远小于进程，又称为轻量级进程（lightweightprocess）。系统负担小，主要是CPU的分配。46 6基本概念之一：进程4进程是正在运行的一个程序4程序：静态对象进程：动态过程4操作系统为每个进程分配一段内存空间，包括：代码、数据以及堆栈等资源4多任务的操作系统（OS）中，进程切换对CPU资源消耗较大56 6基本概念之二：多线程4多线程是指同时存在几个执行体，按几条不同的执行线索共同工作的情况。4多线程实现单个进程中的并发计算。4各线程间共享进程空间的数据，并利用这些共享单元来
3、实现数据交换、实时通信与必要的同步操作。4多线程的程序能更好地表述和解决现实世界的具体问题，是计算机应用开发和程序设计的一个必然发展趋势。66 6进程与多线程单线程多线程进程传统进程多线程进程76 6线程的调度4调度策略时间片抢占式：高优先级的线程抢占CPU4Java的调度方法同优先级线程组成先进先出队列，使用时间片策略对高优先级，使用优先调度的抢占式策略1286 6Java与多线程4Java语言的一个重要功能特点就是内置对多线程的支持，它使得编程人员可以很方便地开发出具有多线程功能，能同时处理多个任务的功能强大的应用程序。4每个Java程序都有一个隐含的主线程applicationmain方
4、法Applet小程序，主线程指挥浏览器加载并执行Java小程序。96 6线程的概念模型线程控制（虚拟CPU）线程代码被操作数据106 6线程的生命周期4要想实现线程，必须在主线程中创建新的线程对象。Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程，在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五种状态：新建：当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态就绪：处于新建状态的线程被启动后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已具备了运行的条件运行：当就绪的线程被调度并获得处理器资源时,便进入运行状态，run()方法定义了线程的操作和功能阻塞：在某种特殊情况下，被
5、人为挂起或执行输入输出操作时，让出CPU并临时中止自己的执行，进入阻塞状态死亡：线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止stop()或destroy()116 6线程的生命周期126 6线程的生命周期（续）4Newborn：线程已创建，但尚未执行4Runnable：（就绪）线程已被调度，按优先级和先到先服务原则在队列中排队等待CPU时间片资源4Runnnig：正在运行4Blocked：（阻塞）因某事件或睡眠而被暂时性地挂起4Dead：正常/强行中断，退出运行状态136 6线程状态新建状态newThread(.)就绪状态start()等待状态执行状态I/Osleep()CPU调度run()
6、结束stop()yield()消亡I/O完成sleep时间到146 6Java对多线程的支持提供对多线程的支持4Thread类start(),stop(),run()4Runnable接口4实现多线程的两种编程方法继承Thread类实现Runnable接口156 6Thread类4Thread类综合了Java程序中一个线程需要拥有的属性和方法4当生成一个Thread类的对象后，一个新的线程诞生了。4每个线程都是通过目标对象的方法run()来完成其操作的。方法run()称为线程体(线程方法)。4提供线程体的目标对象是在初始化一个线程时指明的。4任何实现了Runnable接口(实现run()方法)
7、的类实例都可以作为线程的目标对象。166 6方法之一：继承Thread类4Thread类的重要方法：run()定义线程的具体操作系统调度此线程时自动执行初始时无具体操作内容4如何编程呢？继承Thread类，定义run()方法176 6Easy? Lets try it!4小例子：SimpleThread.javaTwoThreadsTest.java186 6publicclassSimpleThreadextendsThreadpublicSimpleThread(Stringstr)super(str);/创建具以str为名字的线程publicvoidrun()/定义run()方法for(
8、inti=0;i10;i+)System.out.println(i+getName();try/休眠一段时间sleep(int)(Math.random()*1000);catch(InterruptedExceptione)System.out.println(DONE!+getName();/SimpleThread.javapublicclassTwoThreadsTestpublicstaticvoidmain(Stringargs)newSimpleThread(Takeitmyself?).start();newSimpleThread(Giveittopolice!).star
9、t();/TwoThreadsTest.java196 6Thread类4java.lang包4构造函数Thread();Thread(Stringthreadname);指定线程实例名4线程的优先级控制三个常量：MAX_PRIORITY10;MIN_PRIORITY1;NORM_PRIORITY5;getPriority()返回线程优先值setPriority(intnewPriority)改变线程的优先级线程创建时继承父线程的优先级206 6Thread类的有关方法4voidstart():由Newborn到Runnable启动线程4StringgetName():返回线程的名称4run(
10、):线程在被调度时执行的操作4staticvoidsleep(指定时间毫秒):令当前活动线程在指定时间段内放弃对CPU控制,使其他线程有机会被执行,时间到后重排队产生例外InterruptedException用try块调用sleep()，用catch块处理例外216 6Thread类的有关方法(续)4suspend()：挂起线程，处于阻塞状态4resume()：恢复挂起的线程，重新进入就绪队列排队应用：可控制某线程的暂停与继续方法：设一状态变量suspendStatus=false(初始)暂停：if(!suspendStatus)T.suspend();suspendStatus=true;
11、继续：if(suspendStatus)T.resume();suspendStatus=false;226 6Thread类的有关方法(续)4staticvoidyield()：对正在执行的线程若就绪队列中有与当前线程同优先级的排队线程,则当前线程让出CPU控制权,移到队尾若队列中没有同优先级的线程，忽略此方法4stop():强制线程生命期结束4booleanisAlive()：返回boolean,表明是否线程还存在4staticcurrentThread():返回当前线程236 6生成与运行线程方法1MyThread mt = new MyThread(); mt.start(); cla
12、ss MyThread extends Thread public void run() 线程体 执行run()方法246 6建立线程线程控制（虚拟CPU）线程代码被操作数据Thread类的子类的实例(mt)Thread类的子类提供的run方法Thread子类实例(mt)256 6Thread类方法总结4启动线程：start()4有关线程执行的控制：stop()、suspend()、resume()4有关调度控制Thread.sleep(10);/低优先级的线程也可以获得执行Thread.yield();/同优先级的线程可以获得执行suspend();/暂停本线程266 6方法之二：Runna
13、ble4Runnable接口自定义类实现Runnable接口使用Thread类的另一构造函数：Thread(Runnable,String)用实现了Runnable接口的类的对象中所定义的run()方法,来覆盖新创建的线程对象的run()方法使用start()启动线程276 6方法之二：Runnable（续）4例：classAimplementsRunnablepublicvoidrun().classBpublicstaticvoidmain(Stringarg)Runnablea=newA();Threadt=newThread(a);t.start();286 6建立线程例public
14、class ThreadTest public static void main(String args) Job1 j = new Job1(); Thread t1 = new Thread(j) ; t1.start() ; class Job1 implements Runnable int i =1 ; public void run() while (i50) System.out.println(i+) ; 296 6建立线程线程控制（虚拟CPU）线程代码被操作数据Thread的实例(t1)由实现了Runnable接口的类(Job1)提供run方法实现Runnable接口的类(J
15、ob1)的实例(j)306 6生成与运行线程方法2 classMyRunimplementsRunnablepublicvoidrun()线程体 MyRunmr=newMyRun();Threadt1=newThread(mr);t1.start();/Thread实例用于线程控制4适合于：定义run()方法的类必须是其他类或其他类的子类。316 6方法之二：Runnable（续）4两种方法的选择当需要从其他类，如Applet类继承时，使用Runnable接口当编写简单的程序时，可考虑使用继承Thread类4例：RaceApplet.java具体运行结果（线程调度）与平台有关326 6publ
16、icclassRunnerextendsThread/赛跑者线程类publicinttick=1;publicvoidrun()while(tick40000000)tick+;/Runner.java/RaceApplet是一个实现了多线程的AppletpublicclassRaceAppletextendsAppletimplementsRunnablefinalstaticintNUMRUNNERS=2;/定义赛跑线程的个数finalstaticintSPACING=20;/声明两个赛跑线程Runnerrunners=newRunnerNUMRUNNERS;/声明一个画图线程Thread
17、updateThread=null;336 6publicvoidinit()/重载Applet的init()方法for(inti=0;iNUMRUNNERS;i+)runnersi=newRunner();/创建赛跑线程线程runnersi.setPriority(i+1);/设优先级first=1,second=2if(updateThread=null)/创建绘图线程，并设优先级为3updateThread=newThread(this,ThreadRace);updateThread.setPriority(NUMRUNNERS+1);addMouseListener(newMyAda
18、pter();/注册事件监听者/endofinit()346 6/内部事件监听者类，监听鼠标事件classMyAdapterextendsMouseAdapter/鼠标点击后，开始赛跑及绘制线程publicvoidmouseClicked(MouseEventevt)if(!updateThread.isAlive()updateThread.start();/启动绘制线程for(inti=0;iNUMRUNNERS;i+)if(!runnersi.isAlive()runnersi.start();/启动赛跑线程/endofclassMyAdapter356 6publicvoidpaint
19、(Graphicsg)/paint()方法中绘制框架/endofpaint()/update()方法中绘制赛跑者的进度publicvoidupdate(Graphicsg)for(inti=0;iNUMRUNNERS;i+)/画两条线g.drawLine(SPACING,(i+1)*SPACING,SPACING+(runnersi.tick)/100000,(i+1)*SPACING);/endofupdate()366 6publicvoidrun()/实现Runnable接口的run()方法while(true)repaint();/重新绘制，自动调用update()方法tryThrea
20、d.sleep(10);/休眠,把执行机会让给低优先级线程catch(InterruptedExceptione)/endofrun()publicvoidstop()/重载Applet的stop()方法for(inti=0;iNUMRUNNERS;i+)if(runnersi.isAlive()runnersi=null;/中止赛跑线程if(updateThread.isAlive()updateThread=null;/中止绘图线程/endofstop()/RaceApplet.java376 6线程的同步与互斥4问题的提出多个线程执行的不确定性引起执行结果的不稳定如线程A:A1A2线程B
21、:B1B2多个线程对内存、数据的共享，会造成操作的不完整性，会破坏数据。如push(a):i+;numi=a;pop():取出numi;i-;386 6线程的同步与互斥4问题的解决同步:用synchronized关键字前缀给针对共享资源的操作加锁；同步方法、同步块synchronizedvoidpush();synchronizedintpop();临界区实现机制：管程396 6线程的同步与互斥4对象互斥锁在Java中，每个对象有一个“互斥锁”，该锁可用来保证在同一时刻只能有一个线程访问该对象。4锁的使用过程（当一个线程要操作一个对象时）准备加锁对象是否已加锁加锁进入临界区执行操作解锁否是40
22、6 6线程的同步与互斥4加锁1(临界区-方法）synchronized方法名进入该方法时加锁4加锁2（临界区-代码块）方法名. synchronized(this)/进入该代码段时加锁.4一个线程为某对象加锁后，便对该对象具有了监控权。416 6线程的同步与互斥4线程间需协调与通讯：生产者/消费者问题进队出队生产者消费者426 6线程的同步与互斥4wait()与notify()Object类的方法：publicfinalvoidwait()：令当前线程挂起并放弃管程，同步资源解锁，使别的线程可访问并修改共享资源，而当前线程排队等候再次对资源的访问notify()唤醒正在排队等待资源管程的线程中
23、优先级最高者，使之执行并拥有资源的管程wait()+notify()+标志变量：可协调、同步不同线程的工作436 6线程的同步与互斥主线程线程1()线程2()操作对象共享数据(队)synchronized同步方法1(生产)wait()notify()synchronized同步方法2(消费)wait()notify()446 6线程的同步与互斥 publicfinalvoidwait() 方法4在当前线程中调用方法：对象名.wait()4使当前线程进入等待（某对象）状态，直到另一线程对该对象发出notify(或notifyAll)为止。4调用方法的必要条件：当前线程必须具有对该对象的监控权（加
24、锁）4当前线程将释放对象监控权，然后进入等待队列（wait队列）。4在当前线程被notify后，要重新获得监控权，然后从断点处继续代码的执行。456 6线程的同步与互斥 publicfinalvoidnotify() 方法4在当前线程中调用方法：对象名.notify()4功能：唤醒等待该对象监控权的一个线程。4调用方法的必要条件：当前线程必须具有对该对象的监控权（加锁）notifyAll()4唤醒wait队列中的所有线程，并把它门移入锁申请队列。466 6线程状态新建状态就绪状态start()等待状态执行状态CPU调度run()结束消亡等待状态对象wait()池等待状态对象lock池wait(
25、)notify()synchronized()解锁sleep()join()yield()476 6线程调度4publicstaticvoidsleep(longmillis)当前进程休眠指定时间4publicstaticvoidyield() 主动让出CPU，重新排队正在执行的线程将CPU让给其他具有相同优先级的线程，自己进入就绪状态重新排队4publicfinalvoidjoin()等待某线程结束486 6等待另一线程结束Runnableot=newotheeThread();Threadtt=newThread(ot);tt.start();/执行自己的工作trytt.join();ca
26、tch(interruptedExceptione)./继续做自己的事496 6终止线程publicclassRimplementRunnableprivatebooleantimeToQuit=false;/设标记publicvoidrun()while(!timeToQuit)publicvoidstopRunning()timeToQuit=true;publicclasstestpublicstaticvoidmain(Stringargs)Runnabler=newR();Threadt=newThread(r);t.start();if()r.stopRunning();506 6
27、线程的同步与互斥4Wait_Notify程序CubbyHole.java4创建用户的线程子类Producer:产生数据（存数据）;Consumer:消费数据（取数据）4CubbyHole类，共享数据区，同步方法put(intvalue)方法intget()方法4主类中创建共享数据对象，并启动两线程516 6classCubbyHoleprivateintseq;/共享数据privatebooleanavailable=false;/条件标志变量publicsynchronizedintget()/取数据的同步方法get()while(available=false)trywait();/条件不
28、符合，则waitcatch(InterruptedExceptione)available=false;/修改条件notify();/通知唤醒其他等待管程的线程returnseq;/返回要取出的数值/endofget()526 6/存放数据的同步方法put()publicsynchronizedvoidput(intvalue)while(available=true)trywait();/条件不符合，则waitcatch(InterruptedExceptione)seq=value;/把共享变量修改为要放置的数据available=true;/修改条件notify();/通知唤醒其他等待管
29、程的线程/endofput()/endofclassCubbyHole536 6classProducerextendsThread/生产者线程类privateCubbyHolecubbyhole;privateintnumber;publicProducer(CubbyHolec,intnumber)cubbyhole=c;this.number=number;publicvoidrun()/定义run()方法for(inti=0;i10;i+)/共产生10个cubbyhole.put(i);System.out.println(Producer#+this.number+put:+i);t
30、rysleep(int)(Math.random()*100);catch(InterruptedExceptione)/endofclassProducer546 6classConsumerextendsThread/消费者线程类privateCubbyHolecubbyhole;privateintnumber;publicConsumer(CubbyHolec,intnumber)cubbyhole=c;this.number=number;publicvoidrun()/定义run()方法intvalue=0;for(inti=0;i10;i+)/消费10个value=cubbyho
31、le.get();System.out.println(Consumer#+this.number+got:+value);/endofclassConsumer556 6classProducerConsumerTest/主类：测试publicstaticvoidmain(Stringargs)CubbyHolec=newCubbyHole();/theshareddataobjectProducerp1=newProducer(c,1);/Producer线程Consumerc1=newConsumer(c,1);/Consumer线程p1.start();/启动生产者线程c1.start
32、();/启动消费者线程/endofProducerConsumerTest程序执行结果：生产者线程和消费者线程严格地轮流执行，获得了线程间的协调执行。566 6线程的死锁4死锁不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁4解决方法专门的算法、原则尽量减少同步资源的定义576 6动画4即若干幅相近的图片接连显示4例：旋转的地球RollEarth.java586 6publicclassRollEarthextendsAppletimplementsRunnablepublicvoidrun()/实现动画while(true)/循环往复地显示每一帧图片trydisplayImage(m_Graphics);m_nCurrImage+;if(m_nCurrImage=NUM_IMAGES)m_nCurrImage=0;Thread.sleep(50);catch(InterruptedExceptione) /endofrun()/endofclass596 6课后作业4P202.第11、12、13题60
