Java多线程机制学习笔记

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Java多线程机制学习笔记

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目录 1.1进程与线程1.1.1操作系统与进程1.1.2进程与线程 1.2Java中的线程1.2.1Java的多线程机制1.2.2主线程1.2.3线程的状态与生命周期1.2.4线程调度与优先级 1.3Thread类与线程的创建1.3.1使用Thread的子类1.3.2使用Thread类1.3.3目标对象与线程的关系 1.4线程的常用方法1.5线程同步1.6协调同步的线程1.7线程联合1.8GUI线程1.9计时器线程

1.1进程与线程 1.1.1操作系统与进程

进程是程序的一次动态执行过程,它对应了从代码加载、执行至执行结束的一个完整的过程,这个进程也是进程本身从产生、发展至消亡的过程。现代操作系统和以往操作系统的一个很大的不同就是可以管理计算机操作系统的多个进程,即让这些进程轮流使用CPU资源,甚至可以让多个进程共享操作系统所管理的资源。

1.1.2进程与线程

进程与线程的区别在于,一个进程在执行过程中,可以产生多个线程,形成多条执行线索,每一条线索,即每一条线程,也有它自身的产生、存在和消亡的过程。线程是比进程更小的执行单位,虽然线程不是进程,但其行为很像进程。通俗的讲,线程是运行在进程中的“小进程”。

1.2Java中的线程 1.2.1Java的多线程机制

Java语言的一大特性就是内置对多线程的支持。多线程是指一个应用程序中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。虽然执行线程给人一种几个事件同时发生的感觉,但这只是一种错觉,因为计算机在任何给定时刻只能执行一些线程中的一个。正是因为Java虚拟机快速的把控制从一个线程切换到另一个线程,我们才会感觉所有的事件同时发生。

1.2.2主线程

每一个Java应用都有一个缺省的主线程。Java应用程序总是从主类的main方法开始执行。当JVM加载代码,发现main方法之后,就会启动一个线程,这个线程称为主线程,该线程负责执行main方法。那么在main方法的执行中再创建线程,就称为其他线程。如果main方法中创建了其他的线程,那么JVM就要在主线程和其他线程之间轮流切换,保证每个线程都有机会使用CPU资源,这时main方法执行完最后的语句JVM也不会结束Java应用程序,JVM要等到所有的线程都执行结束才结束Java程序。

1.2.3线程的状态与生命周期

新建的线程在它的一个完整的生命周期通常要经历如下4个状态: 1、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。此时他已经有了相应的内存空间和其他资源。 2、运行 线程创建之后就具备了运行的条件,一旦轮到它来享用CPU资源时,此线程就可以脱离创建它的主线程独立开始自己的生命周期了。线程创建后仅仅是占用了内存资源,在JVM管理的线程中还没有这个线程,子线程就必须调用start()方法通知JVM,这样JVM就会知道又有一个新线排队等待切换了,当JVM讲CPU使用权切换给线程时,如果线程时Thread子类创建的,该类中的run()方法就立刻执行,run()方法规定了该线程的具体使命。所以程序必须在子类中重写run()方法来覆盖父类的run()方法,在线程run()方法没有结束之前不要让线程调用start()方法,否则会发生异常。 3、中断 中断的四种原因: 1)JVM将CPU资源从当前线程切换给其他线程,使本线程让出CPU的使用权处于中断状态。 2)线程使用CPU资源期间,执行了sleep(int millsecond)方法,使当前线程进入休眠状态。 3)线程使用CPU资源期间,执行了wait()方法,使当前线程进入等待状态。 4)线程使用CPU资源期间,执行某个操作进入阻塞状态。 4死亡 处于死亡状态的线程不具有继续运行的能力。线程死亡的原因有二,一个是正常运行的线程完成了它的全部工作,即执行完run()方法中的全部语句,结束了run()方法;另一个原因是线程提前强制性地中止,即强制run()方法结束。

1.2.4线程调度与优先级

处于就绪状态的线程优先进入就绪队列排队等候CPU资源,同一时刻在就绪队列中的线程可能有多个。Java虚拟机中的线程调度器负责管理线程,调度器把线程的优先级分为10个级别,分别用Thread类的类常量表示。每一个Java线程的优先级都在常数1和10之间,即Thread.MIN_PRIORITY和Thread.MAX_PRIORITY之间。如果没有明确的设置线程的优先级,每个线程的优先级都为常数5,即Thread.NORM_PRIORITY。线程的优先级可以通过setPriority(int grade)方法调整。在采用时间片的系统中,每个线程都有机会获得CPU的使用权,以便使用CPU资源执行线程中的操作。JVM的线程调度器的任务是使高优先级的线程始终能运行,一旦时间片有空闲,则使具有同等优先级的线程以轮流的方式顺序使用时间片。

1.3Thread类与线程的创建 1.3.1使用Thread的子类

在Java语言中,用Thread类或子类创建线程对象。在编写Thread类的子类时,需要重写父类的run()方法,其目的是规定线程的具体操作,否则线程就什么也不做,因为父类的run()方法中没有任何操作语句。

1.3.2使用Thread类

使用Thread类创建线程的优点是:可以在子类中增加新的成员变量,使线程具有某种属性,也可以在子类中新增加方法,使线程具有某种功能。但是,Java不支持多继承,Thread的类的子类不能再扩展成其他的类。

创建线程的另一个途径是用Thread类直接创建线程对象,使用Thread类创建线程通常使用的构造方法是:Thread(Runnable target)。该构造方法的参数是一个Runnable类型的接口类的接口,因此,在创建线程对象时必须向构造方法的参数传递一个实现Runnable接口类的实例,该实例对象称作所创建的线程的目标对象,当线程调用start()方法后,一旦轮到它来享用CPU资源,目标对象就会自动调用接口中的run() 方法(接口回调),这一过程是自动实现的。

线程之间可以共享相同的内存单元,并利用这些共享单元实现数据交换、实时通信与必要的同步操作。对于Thread类(Runnable target)构造方法创建的线程,轮到它来享用CPU资源时,目标对象就会自动调用接口中的run()方法,因此,对于使用同一目标对象的线程,目标对象的成员变量自然就是这些线程共享的数据单元。

1.3.3目标对象与线程的关系

1)目标对象和线程完全解耦。 2)目标对象组合线程(弱耦合),目标对象可以组合线程,即将线程作为自己的成员(弱耦合)。

1.4线程的常用方法

1)start() 线程调用该方法将启动线程。使之从新建状态进入就绪队列排队,一旦轮到它来享用CPU资源时,就可以脱离创建它的线程独立开始自己的生命周期了。需要的别注意的是线程调用start()方法之后,就不必再让线程调用start()方法,否则将导致异常,即只有处于新建状态的线程才可以调用start()方法。 2)run() Thread类的run()方法与Runnable接口中的run()方法的功能和作用相同,都用来定义线程对象被调度之后所执行的操作,都是系统自动调用而用户程序不得引用的方法。系统的Thread类中,run()方法没有具体内容,所以用户程序需要创建自己Thread类的子类,并重写run()方法来覆盖原来的run()方法。当run()方法执行结束,线程就变成死亡状态,所谓死亡就是线程释放了实体,即释放分配给线程对象的内存。在线程没有结束run()方法之前,不赞成让线程再调用start()方法,否则会发生异常。

3)sleep(int millsecond) 线程的调度执行是按照其优先级的高低顺序进行的,当高级别的线程死亡时,低级别的线程没有机会获得CPU资源。有时,优先级高的线程需要优先级低的线程做一些工作来配合它,或者优先级高的线程需要完成一些费时的操作,此时优先级高的线程应该让出CPU资源,使优先级低的线程有机会执行。为达到这一个目的,优先级高的线程可以在它的run()方法中调用sleep方法来使自己放弃CPU资源,休眠一段时间,必须再try-catch语句中调用sleep方法。

4)isAlive() 线程处于新建状态时,线程调用isAlive()方法返回false。当线程调用start()方法,并占有CPU资源后,该线程的run()方法就开始运行,在线程的run()方法结束之前,即没有进入死亡状态之前,线程调用isAlive()返回true。当线程进入死亡状态之后(实体内存被释放),线程仍可以调用方法isAlive(),此时返回的时false。

需要注意的是,一个已经运行的线程在没有进入死亡状态时,不要再给线程分别配实体,由于线程只能适用最后分配的实体,先前的实体就会变成“垃圾”,并且不会被垃圾收集器收集掉。

5)currentThread() currentThread()方法是Thread类中的方法,可以用类名调用,该方法返回当前正在使用CPU资源的线程。

6)interrupt() 当一些线程用sleep方法处于休眠状态时,一个占有CPU资源的线程可以让休眠的线程调用interrupt()方法吵醒自己。

1.5线程同步

Java程序中可存在多个线程,但是处理多线程问题时,必须注意这个问题:当两个或多个线程同时访问一个变量时,并且一些线程需要修改这些变量。

为了解决上面的问题就要用到线程同步,所谓线程同步就是若干个线程都需要使用一个synchronized(同步)修饰的方法,即程序中的若干个线程都需要使用一个方法,而这个方法用synchronized给予了修饰。多个线程调用synchronized方法必须遵守同步机制。

线程同步机制:当一个线程A使用synchronized方法时,其他线程想使用这个synchronized方法时就必须等待,直到线程A使用完该synchronized方法。

在使用多线程解决许多实际问题时,可以把某些修改数据的方法用关机字synchronized来修饰,即使用同步机制。

1.6协调同步的线程

当一个线程使用同步方法时,其他线程想要使用这个同步方法就必须等待,直到当前线程使用完该同步方法。当一个线程使用的同步方法中用到某个变量,而此变量又需要其他线程修改后才能符合本线程的需要,那么可以在同步方法中使用wait()方法。wait()方法可以中断本线程的执行,使本线程等待,暂时让出CPU的使用权,并允许其他方法使用这个同步方法,其他方法如果在使用这个方法时不需要等待,那么它使用完这个同步方法的同时,应当用notifyAll()方法通知由于所有使用这个同步方法而处于等待的线程结束等待,曾中断的线程就会从刚才的中断处继续执行这个同步方法,并遵循“先中断先继续”的原则。如果使用notify()方法,那么知识通知处于等待的线程的某一个结束等待。

wait()、notify()和notifyAll()都是Object类中的final方法,被所有的类继承且不允许重写的方法。需要特别注意的是,不可以在非同步方法中使用wait()、notify()和notifyAll()。

1.7线程联合

一个线程A在占有CPU资源期间,可以让其他线程调用join()和本线程联合,如:

B.join();

我们称A在运行期间联合了B。如果线程A在占有CPU资源期间一旦联合B线程,那么A线程将立刻中断执行,一直等到他联合的线程B执行完毕,A线程再重新排队等待CPU资源,以便回复执行。如果A准备联合的B线程已经结束,那么B.join()不会产生任何效果。

1.8GUI线程

当Java程序包含图形用户界面时,Java虚拟机载运行应用程序时会自动启动更多的线程,其中有两个重要的线程:AWT-EventQuecue和AWT-Windows。AWT-EventQuecue线程否则处理GUI事件,AWT-Windows线程负责将窗体或组件绘制到桌面上。JVM要保证各个线程都有使用CPU资源的机会,比如,程序中发生GUI界面事件时,JVM就会将CPU资源切换给AWT-EventQuecue线程,AWT-EventQuecue线程就会来处理这个事件,比如,你单击了程序中的按钮,触发ActionEvent事件,AWT-EventQuecue线程就立刻排队等候执行处理事件的代码。

当把一个线程委派给一个组件事件时要格外小心,比如单击一个按钮让线程开始运行,那么当线程载执行完run()方法之前,客户可能会随时再次单击该按钮,这时就会发生异常。

1.9计时器线程

Java提供一个很方便的Timer类,该类载Javax.swing包中。当某些操作需要周期性的执行时,就可以使用计时器。 未完待续…



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