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在論壇上面常常看到初學(xué)者對線程的無可奈何，所以總結(jié)出了下面一篇文章，希望對一些正在學(xué)習(xí)使用java線程的初學(xué)者有所幫助。
首先要理解線程首先需要了解一些基本的東西，我們現(xiàn)在所使用的大多數(shù)操作系統(tǒng)都屬于多任務(wù)，分時(shí)操作系統(tǒng)。正是由于這種操作系統(tǒng)的出現(xiàn)才有了多線程這個(gè)概念。我們使用的windows,linux就屬于此列。什么是分時(shí)操作系統(tǒng)呢，通俗一點(diǎn)與就是可以同一時(shí)間執(zhí)行多個(gè)程序的操作系統(tǒng)，在自己的電腦上面，你是不是一邊聽歌，一邊聊天還一邊看網(wǎng)頁呢？但實(shí)際上，并不上cpu在同時(shí)執(zhí)行這些程序，cpu只是將時(shí)間切割為時(shí)間片，然后將時(shí)間片分配給這些程序，獲得時(shí)間片的程序開始執(zhí)行，不等執(zhí)行完畢，下個(gè)程序又獲得時(shí)間片開始執(zhí)行，這樣多個(gè)程序輪流執(zhí)行一段時(shí)間，由于現(xiàn)在cpu的高速計(jì)算能力，給人的感覺就像是多個(gè)程序在同時(shí)執(zhí)行一樣。
一般可以在同一時(shí)間內(nèi)執(zhí)行多個(gè)程序的操作系統(tǒng)都有進(jìn)程的概念.一個(gè)進(jìn)程就是一個(gè)執(zhí)行中的程序,而每一個(gè)進(jìn)程都有自己獨(dú)立的一塊內(nèi)存空間,一組系統(tǒng)資源.在進(jìn)程概念中,每一個(gè)進(jìn)程的內(nèi)部數(shù)據(jù)和狀態(tài)都是完全獨(dú)立的.因此可以想像創(chuàng)建并執(zhí)行一個(gè)進(jìn)程的系統(tǒng)開像是比較大的，所以線程出現(xiàn)了。在java中，程序通過流控制來執(zhí)行程序流,程序中單個(gè)順序的流控制稱為線程,多線程則指的是在單個(gè)程序中可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)不同的線程,執(zhí)行不同的任務(wù).多線程意味著一個(gè)程序的多行語句可以看上去幾乎在同一時(shí)間內(nèi)同時(shí)運(yùn)行.（你可以將前面一句話的程序換成進(jìn)程，進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行過程,是系統(tǒng)運(yùn)行程序的基本單位）
線程與進(jìn)程相似,是一段完成某個(gè)特定功能的代碼,是程序中單個(gè)順序的流控制;但與進(jìn)程不同的是,同類的多個(gè)線程是共享一塊內(nèi)存空間和一組系統(tǒng)資源,而線程本身的數(shù)據(jù)通常只有微處理器的寄存器數(shù)據(jù),以及一個(gè)供程序執(zhí)行時(shí)使用的堆棧.所以系統(tǒng)在產(chǎn)生一個(gè)線程,或者在各個(gè)線程之間切換時(shí),負(fù)擔(dān)要比進(jìn)程小的多,正因如此,線程也被稱為輕負(fù)荷進(jìn)程(light-weight process).一個(gè)進(jìn)程中可以包含多個(gè)線程.
多任務(wù)是指在一個(gè)系統(tǒng)中可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序,即有多個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的任務(wù),每個(gè)任務(wù)對應(yīng)一個(gè)進(jìn)程，同進(jìn)程一樣,一個(gè)線程也有從創(chuàng)建,運(yùn)行到消亡的過程,稱為線程的生命周期.用線程的狀態(tài)(state)表明線程處在生命周期的哪個(gè)階段.線程有創(chuàng)建,可運(yùn)行,運(yùn)行中,阻塞,死亡五中狀態(tài).通過線程的控制與調(diào)度可使線程在這幾種狀態(tài)間轉(zhuǎn)化每個(gè)程序至少自動(dòng)擁有一個(gè)線程,稱為主線程.當(dāng)程序加載到內(nèi)存時(shí),啟動(dòng)主線程.
[線程的運(yùn)行機(jī)制以及調(diào)度模型]
java中多線程就是一個(gè)類或一個(gè)程序執(zhí)行或管理多個(gè)線程執(zhí)行任務(wù)的能力，每個(gè)線程可以獨(dú)立于其他線程而獨(dú)立運(yùn)行，當(dāng)然也可以和其他線程協(xié)同運(yùn)行，一個(gè)類控制著它的所有線程，可以決定哪個(gè)線程得到優(yōu)先級，哪個(gè)線程可以訪問其他類的資源，哪個(gè)線程開始執(zhí)行，哪個(gè)保持休眠狀態(tài)。
下面是線程的機(jī)制圖：
線程的狀態(tài)表示線程正在進(jìn)行的活動(dòng)以及在此時(shí)間段內(nèi)所能完成的任務(wù).線程有創(chuàng)建,可運(yùn)行,運(yùn)行中,阻塞,死亡五中狀態(tài).一個(gè)具有生命的線程,總是處于這五種狀態(tài)之一：
1.創(chuàng)建狀態(tài)
使用new運(yùn)算符創(chuàng)建一個(gè)線程后,該線程僅僅是一個(gè)空對象,系統(tǒng)沒有分配資源,稱該線程處于創(chuàng)建狀態(tài)(new thread)
2.可運(yùn)行狀態(tài)
使用start()方法啟動(dòng)一個(gè)線程后,系統(tǒng)為該線程分配了除CPU外的所需資源,使該線程處于可運(yùn)行狀態(tài)(Runnable)
3.運(yùn)行中狀態(tài)
Java運(yùn)行系統(tǒng)通過調(diào)度選中一個(gè)Runnable的線程,使其占有CPU并轉(zhuǎn)為運(yùn)行中狀態(tài)(Running).此時(shí),系統(tǒng)真正執(zhí)行線程的run()方法.
4.阻塞狀態(tài)
一個(gè)正在運(yùn)行的線程因某種原因不能繼續(xù)運(yùn)行時(shí),進(jìn)入阻塞狀態(tài)(Blocked)
5.死亡狀態(tài)
線程結(jié)束后是死亡狀態(tài)(Dead)
同一時(shí)刻如果有多個(gè)線程處于可運(yùn)行狀態(tài),則他們需要排隊(duì)等待CPU資源.此時(shí)每個(gè)線程自動(dòng)獲得一個(gè)線程的優(yōu)先級(priority),優(yōu)先級的高低反映線程的重要或緊急程度.可運(yùn)行狀態(tài)的線程按優(yōu)先級排隊(duì),線程調(diào)度依據(jù)優(yōu)先級基礎(chǔ)上的"先到先服務(wù)"原則.
線程調(diào)度管理器負(fù)責(zé)線程排隊(duì)和CPU在線程間的分配,并由線程調(diào)度算法進(jìn)行調(diào)度.當(dāng)線程調(diào)度管理器選種某個(gè)線程時(shí),該線程獲得CPU資源而進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài).
線程調(diào)度是先占式調(diào)度,即如果在當(dāng)前線程執(zhí)行過程中一個(gè)更高優(yōu)先級的線程進(jìn)入可運(yùn)行狀態(tài),則這個(gè)線程立即被調(diào)度執(zhí)行.先占式調(diào)度分為:獨(dú)占式和分時(shí)方式.
獨(dú)占方式下,當(dāng)前執(zhí)行線程將一直執(zhí)行下去,直 到執(zhí)行完畢或由于某種原因主動(dòng)放棄CPU,或CPU被一個(gè)更高優(yōu)先級的線程搶占
分時(shí)方式下,當(dāng)前運(yùn)行線程獲得一個(gè)時(shí)間片,時(shí)間到時(shí),即使沒有執(zhí)行完也要讓出CPU,進(jìn)入可運(yùn)行狀態(tài),等待下一個(gè)時(shí)間片的調(diào)度.系統(tǒng)選中其他可運(yùn)行狀態(tài)的線程執(zhí)行
分時(shí)方式的系統(tǒng)使每個(gè)線程工作若干步,實(shí)現(xiàn)多線程同時(shí)運(yùn)行
另外請注意下面的線程調(diào)度規(guī)則（如果有不理解，不急，往下看）：
①如果兩個(gè)或是兩個(gè)以上的線程都修改一個(gè)對象，那么把執(zhí)行修改的方法定義為被同步的（Synchronized）,如果對象更新影響到只讀方法，那么只度方法也應(yīng)該定義為同步的
②如果一個(gè)線程必須等待一個(gè)對象狀態(tài)發(fā)生變化，那么它應(yīng)該在對象內(nèi)部等待，而不是在外部等待，它可以調(diào)用一個(gè)被同步的方法，并讓這個(gè)方法調(diào)用wait()
③每當(dāng)一個(gè)方法改變某個(gè)對象的狀態(tài)的時(shí)候，它應(yīng)該調(diào)用notifyAll()方法，這給等待隊(duì)列的線程提供機(jī)會來看一看執(zhí)行環(huán)境是否已發(fā)生改變
④記住wait(),notify(),notifyAll()方法屬于Object類，而不是Thread類，仔細(xì)檢查看是否每次執(zhí)行wait()方法都有相應(yīng)的notify()或notifyAll()方法，且它們作用與相同的對象在java中每個(gè)類都有一個(gè)主線程，要執(zhí)行一個(gè)程序，那么這個(gè)類當(dāng)中一定要有main方法，這個(gè)man方法也就是java class中的主線程。你可以自己創(chuàng)建線程，有兩種方法，一是繼承Thread類，或是實(shí)現(xiàn)Runnable接口。一般情況下，最好避免繼承，因?yàn)?nbsp;java中是單根繼承，如果你選用繼承，那么你的類就失去了彈性，當(dāng)然也不能全然否定繼承Thread,該方法編寫簡單,可以直接操作線程,適用于單重繼承情況。至于選用那一種，具體情況具體分析。
eg.繼承Thread
public class MyThread_1 extends Thread
{
public void run()
{
//some code
}
}
eg.實(shí)現(xiàn)Runnable接口
public class MyThread_2 implements Runnable
{
public void run()
{
//some code
}
}
當(dāng)使用繼承創(chuàng)建線程，這樣啟動(dòng)線程：
new MyThread_1().start()
當(dāng)使用實(shí)現(xiàn)接口創(chuàng)建線程，這樣啟動(dòng)線程：
new Thread(new MyThread_2()).start()
注意，其實(shí)是創(chuàng)建一個(gè)線程實(shí)例，并以實(shí)現(xiàn)了Runnable接口的類為參數(shù)傳入這個(gè)實(shí)例，當(dāng)執(zhí)行這個(gè)線程的時(shí)候，MyThread_2中run里面的代碼將被執(zhí)行。
下面是完成的例子：
public class MyThread implements Runnable
{
public void run()
{
System.out.println("My Name is "+Thread.currentThread().getName());
}
public static void main(String[] args)
{
new Thread(new MyThread()).start();
}
}
執(zhí)行后將打印出：
My Name is Thread-0
你也可以創(chuàng)建多個(gè)線程，像下面這樣
new Thread(new MyThread()).start();
new Thread(new MyThread()).start();
new Thread(new MyThread()).start();
那么會打印出：
My Name is Thread-0
My Name is Thread-1
My Name is Thread-2
看了上面的結(jié)果，你可能會認(rèn)為線程的執(zhí)行順序是依次執(zhí)行的，但是那只是一般情況，千萬不要用以為是線程的執(zhí)行機(jī)制；影響線程執(zhí)行順序的因素有幾點(diǎn)：首先看看前面提到的優(yōu)先級別
public class MyThread implements Runnable
{
public void run()
{
System.out.println("My Name is "+Thread.currentThread().getName());
}
public static void main(String[] args)
{
Thread t1=new Thread(new MyThread());
Thread t2=new Thread(new MyThread());
Thread t3=new Thread(new MyThread());
t2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);//賦予最高優(yōu)先級
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
再看看結(jié)果：
My Name is Thread-1
My Name is Thread-0
My Name is Thread-2
線程的優(yōu)先級分為10級，分別用1到10的整數(shù)代表，默認(rèn)情況是5。上面的t2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY)等價(jià)與t2.setPriority(10）
然后是線程程序本身的設(shè)計(jì)，比如使用sleep,yield,join，wait等方法（詳情請看JDKDocument)
public class MyThread implements Runnable
{
public void run()
{
try
{
int sleepTime=(int)(Math.random()*100);//產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字，
Thread.currentThread().sleep(sleepTime);//讓其休眠一定時(shí)間，時(shí)間又上面sleepTime決定
//public static void sleep(long millis)throw InterruptedException （API）
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 睡了 "+sleepTime);
}catch(InterruptedException ie)//由于線程在休眠可能被中斷，所以調(diào)用sleep方法的時(shí)候需要捕捉異常
{
ie.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args)
{
Thread t1=new Thread(new MyThread());
Thread t2=new Thread(new MyThread());
Thread t3=new Thread(new MyThread());
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
執(zhí)行后觀察其輸出：
Thread-0 睡了 11
Thread-2 睡了 48
Thread-1 睡了 69
上面的執(zhí)行結(jié)果是隨機(jī)的，再執(zhí)行很可能出現(xiàn)不同的結(jié)果。由于上面我在run中添加了休眠語句，當(dāng)線程休眠的時(shí)候就會讓出cpu，cpu將會選擇執(zhí)行處于 runnable狀態(tài)中的其他線程，當(dāng)然也可能出現(xiàn)這種情況，休眠的Thread立即進(jìn)入了runnable狀態(tài)，cpu再次執(zhí)行它。
[線程組概念]
線程是可以被組織的，java中存在線程組的概念，每個(gè)線程都是一個(gè)線程組的成員,線程組把多個(gè)線程集成為一個(gè)對象,通過線程組可以同時(shí)對其中的多個(gè)線程進(jìn)行操作,如啟動(dòng)一個(gè)線程組的所有線程等.Java的線程組由java.lang包中的Thread——Group類實(shí)現(xiàn).
ThreadGroup類用來管理一組線程,包括:線程的數(shù)目,線程間的關(guān)系,線程正在執(zhí)行的操作,以及線程將要啟動(dòng)或終止時(shí)間等.線程組還可以包含線程組.在Java的應(yīng)用程序中,最高層的線程組是名位main的線程組,在main中還可以加入線程或線程組,在mian的子線程組中也可以加入線程和線程組,形成線程組和線程之間的樹狀繼承關(guān)系。像上面創(chuàng)建的線程都是屬于main這個(gè)線程組的。
借用上面的例子，main里面可以這樣寫：
public static void main(String[] args)
{
/***************************************
ThreadGroup(String name)
ThreadGroup(ThreadGroup parent, String name)
***********************************/
ThreadGroup group1=new ThreadGroup("group1");
ThreadGroup group2=new ThreadGroup(group1,"group2");
Thread t1=new Thread(group2,new MyThread());
Thread t2=new Thread(group2,new MyThread());
Thread t3=new Thread(group2,new MyThread());
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
線程組的嵌套，t1,t2,t3被加入group2,group2加入group1。
另外一個(gè)比較多就是關(guān)于線程同步方面的，試想這樣一種情況，你有一筆存款在銀行，你在一家銀行為你的賬戶存款，而你的妻子在另一家銀行從這個(gè)賬戶提款，現(xiàn)在你有1000塊在你的賬戶里面。你存入了1000，但是由于另一方也在對這筆存款進(jìn)行操作，人家開始執(zhí)行的時(shí)候只看到賬戶里面原來的1000元，當(dāng)你的妻子提款1000元后，你妻子所在的銀行就認(rèn)為你的賬戶里面沒有錢了，而你所在的銀行卻認(rèn)為你還有2000元。
看看下面的例子：
class BlankSaving //儲蓄賬戶
{
private static int money=10000;
public void add(int i)
{
money=money+i;
System.out.println("Husband 向銀行存入了 [￥"+i+"]");
}
public void get(int i)
{
money=money-i;
System.out.println("Wife 向銀行取走了 [￥"+i+"]");
if(money<0)
System.out.println("余額不足！");
}
public int showMoney()
{
return money;
}
}
class Operater implements Runnable
{
String name;
BlankSaving bs;
public Operater(BlankSaving b,String s)
{
name=s;
bs=b;
}
public static void oper(String name,BlankSaving bs)
{
if(name.equals("husband"))
{
try
{
for(int i=0;i<10;i++)
{
Thread.currentThread().sleep((int)(Math.random()*300));
bs.add(1000);
}
}catch(InterruptedException e){}
}else
{
try
{
for(int i=0;i<10;i++)
{
Thread.currentThread().sleep((int)(Math.random()*300));
bs.get(1000);
}
}catch(InterruptedException e){}
}
}
public void run()
{
oper(name,bs);
}
}
public class BankTest
{
public static void main(String[] args)throws InterruptedException
{
BlankSaving bs=new BlankSaving();
Operater o1=new Operater(bs,"husband");
Operater o2=new Operater(bs,"wife");
Thread t1=new Thread(o1);
Thread t2=new Thread(o2);
t1.start();
t2.start();
Thread.currentThread().sleep(500);
}
}
下面是其中一次的執(zhí)行結(jié)果：
---------first--------------
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
看到了嗎，這可不是正確的需求，在husband還沒有結(jié)束操作的時(shí)候，wife就插了進(jìn)來，這樣很可能導(dǎo)致意外的結(jié)果。解決辦法很簡單，就是將對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作方法聲明為synchronized,當(dāng)方法被該關(guān)鍵字聲明后，也就意味著，如果這個(gè)數(shù)據(jù)被加鎖，只有一個(gè)對象得到這個(gè)數(shù)據(jù)的鎖的時(shí)候該對象才能對這個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。也就是當(dāng)你存款的時(shí)候，這筆賬戶在其他地方是不能進(jìn)行操作的，只有你存款完畢，銀行管理人員將賬戶解鎖，其他人才能對這個(gè)賬戶進(jìn)行操作。
修改public static void oper(String name,BlankSaving bs)為public static void oper(String name,BlankSaving bs)，再看看結(jié)果:
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Husband 向銀行存入了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
Wife 向銀行取走了 [￥1000]
當(dāng)丈夫完成操作后，妻子才開始執(zhí)行操作，這樣的話，對共享對象的操作就不會有問題了。
[wait and notify]
你可以利用這兩個(gè)方法很好的控制線程的執(zhí)行流程，當(dāng)線程調(diào)用wait方法后，線程將被掛起，直到被另一線程喚醒（notify）或則是如果wait方法指定有時(shí)間得話，在沒有被喚醒的情況下，指定時(shí)間時(shí)間過后也將自動(dòng)被喚醒。但是要注意一定，被喚醒并不是指馬上執(zhí)行，而是從組塞狀態(tài)變?yōu)榭蛇\(yùn)行狀態(tài)，其是否運(yùn)行還要看cpu的調(diào)度。
事例代碼：
class MyThread_1 extends Thread
{
Object lock;
public MyThread_1(Object o)
{
lock=o;
}
public void run()
{
try
{
synchronized(lock)
{
System.out.println("Enter Thread_1 and wait");
lock.wait();
System.out.println("be notified");
}
}catch(InterruptedException e){}
}
}
class MyThread_2 extends Thread
{
Object lock;
public MyThread_2(Object o)
{
lock=o;
}
public void run()
{
synchronized(lock)
{
System.out.println("Enter Thread_2 and notify");
lock.notify();
}
}
}
public class MyThread
{
public static void main(String[] args)
{
int[] in=new int[0];//notice
MyThread_1 t1=new MyThread_1(in);
MyThread_2 t2=new MyThread_2(in);
t1.start();
t2.start();
}
}
執(zhí)行結(jié)果如下：
Enter Thread_1 and wait
Enter Thread_2 and notify
Thread_1 be notified
可能你注意到了在使用wait and notify方法得時(shí)候我使用了synchronized塊來包裝這兩個(gè)方法，這是由于調(diào)用這兩個(gè)方法的時(shí)候線程必須獲得鎖，也就是上面代碼中的lock []，如果你不用synchronized包裝這兩個(gè)方法的得話，又或則鎖不一是同一把，比如在MyThread_2中synchronized (lock)改為synchronized(this),那么執(zhí)行這個(gè)程序的時(shí)候?qū)伋?nbsp;java.lang.IllegalMonitorStateException執(zhí)行期異常。另外wait and notify方法是Object中的，并不在Thread這個(gè)類中。最后你可能注意到了這點(diǎn)：int[] in=new int[0];為什么不是創(chuàng)建new Object而是一個(gè)0長度的數(shù)組，那是因?yàn)樵趈ava中創(chuàng)建一個(gè)0長度的數(shù)組來充當(dāng)鎖更加高效。
Thread作為java中一重要組成部分，當(dāng)然還有很多地方需要更深刻的認(rèn)識，上面只是對Thread的一些常識和易錯(cuò)問題做了一個(gè)簡要的總結(jié)，若要真正的掌握java的線程，還需要自己多做總結(jié)
posted on 2007-11-17 20:29
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