Java的多線程編程實戰

 在 Java 程式中使用多線程要比在 C 或 C++ 中容易得多，這是因為 Java 程式設計語言提供了語言級的支援。本文通過簡單的編程樣本來說明 Java 程式中的多線程是多麼直觀。讀完本文以後，使用者應該能夠編寫簡單的多線程程式。

　　為什麼會排隊等待？

　　下面的這個簡單的 Java 程式完成四項不相關的任務。這樣的程式有單個控制線程，控制在這四個任務之間線性地移動。此外，因為所需的資源 ? 印表機、磁碟、資料庫和顯示屏 -- 由於硬體和軟體的限制都有內在的潛伏時間，所以每項任務都包含明顯的等待時間。因此，程式在訪問資料庫之前必須等待印表機完成列印檔案的任務，等等。如果您正在等待程式的完成，則這是對計算資源和您的時間的一種拙劣使用。改進此程式的一種方法是使它成為多線程的。

　　四項不相關的任務

class myclass {
static public void main(String args[]) {
print_a_file();
manipulate_another_file();
access_database();
draw_picture_on_screen();
}
}

　　在本例中，每項任務在開始之前必須等待前一項任務完成，即使所涉及的任務毫不相關也是這樣。但是，在現實生活中，我們經常使用多執行緒模式。我們在處理某些任務的同時也可以讓孩子、配偶和父母完成別的任務。例如，我在寫信的同時可能打發我的兒子去郵局買郵票。用軟體術語來說，這稱為多個控制（或執行）線程。

　　可以用兩種不同的方法來獲得多個控制線程：

　　多個進程

　　在大多數作業系統中都可以建立多個進程。當一個程式啟動時，它可以為即將開始的每項任務建立一個進程，並允許它們同時運行。當一個程式因等待網路訪問或使用者輸入而被阻塞時，另一個程式還可以運行，這樣就增加了資源使用率。但是，按照這種方式建立每個進程要付出一定的代價：設定一個進程要佔用相當一部分處理器時間和記憶體資源。而且，大多數作業系統不允許進程訪問其他進程的記憶體空間。因此，進程間的通訊很不方便，並且也不會將它自己提供給容易的編程模型。

　　線程

　　線程也稱為輕型進程 (LWP)。因為線程只能在單個進程的範圍內活動，所以建立線程比建立進程要廉價得多。這樣，因為線程允許協作和資料交換，並且在計算資源方面非常廉價，所以線程比進程更可取。線程需要作業系統的支援，因此不是所有的機器都提供線程。Java 程式設計語言，作為相當新的一種語言，已將線程支援與語言本身合為一體，這樣就對線程提供了強健的支援。

　　使用 Java 程式設計語言實現線程

　　Java程式設計語言使多線程如此簡單有效，以致於某些程式員說它實際上是自然的。儘管在 Java 中使用線程比在其他語言中要容易得多，仍然有一些概念需要掌握。要記住的一件重要的事情是 main() 函數也是一個線程，並可用來做有用的工作。程式員只有在需要多個線程時才需要建立新的線程。

　　Thread 類

　　Thread 類是一個具體的類，即不是抽象類別，該類封裝了線程的行為。要建立一個線程，程式員必須建立一個從 Thread 類匯出的新類。程式員必須覆蓋 Thread 的 run() 函數來完成有用的工作。使用者並不直接調用此函數；而是必須調用 Thread 的 start() 函數，該函數再調用 run()。下面的代碼說明了它的用法：

　　建立兩個新線程

import java.util.*;

class TimePrinter extends Thread {
int pauseTime;
String name;
public TimePrinter(int x, String n) {
pauseTime = x;
name = n;
}

　public void run() {
while(true) {
try {
System.out.println(name + ":" + new Date(System.currentTimeMillis()));
Thread.sleep(pauseTime);
} catch(Exception e) {
System.out.println(e);
}
}
}

　static public void main(String args[]) {
TimePrinter tp1 = new TimePrinter(1000, "Fast Guy");
tp1.start();
TimePrinter tp2 = new TimePrinter(3000, "Slow Guy");
tp2.start();
}
}

　　在本例中，我們可以看到一個簡單的程式，它按兩個不同的時間間隔（1 秒和 3 秒）在螢幕上顯示目前時間。這是通過建立兩個新線程來完成的，包括 main() 共三個線程。但是，因為有時要作為線程啟動並執行類可能已經是某個類層次的一部分，所以就不能再按這種機制建立線程。雖然在同一個類中可以實現任意數量的介面，但 Java 程式設計語言只允許一個類有一個父類。同時，某些程式員避免從 Thread 類匯出，因為它強加了類層次。對於這種情況，就要 runnable 介面。

　　Runnable 介面

　　此介面只有一個函數，run()，此函數必須由實現了此介面的類實現。但是，就運行這個類而論，其語義與前一個樣本稍有不同。我們可以用 runnable 介面改寫前一個樣本。（不同的部分用黑體表示。）

　　建立兩個新線程而不強加類層次

import java.util.*;

class TimePrinter implements Runnable {
int pauseTime;
String name;
public TimePrinter(int x, String n) {
pauseTime = x;
name = n;
}

　public void run() {
while(true) {
try {
System.out.println(name + ":" + new Date(System.currentTimeMillis()));
Thread.sleep(pauseTime);
} catch(Exception e) {
System.out.println(e);
}
}
}

　static public void main(String args[]) {
Thread t1 = new Thread(new TimePrinter(1000, "Fast Guy"));
t1.start();
Thread t2 = new Thread(new TimePrinter(3000, "Slow Guy"));
t2.start();
}
}

請注意，當使用 runnable 介面時，您不能直接建立所需類的對象並運行它；必須從 Thread 類的一個執行個體內部運行它。許多程式員更喜歡 runnable 介面，因為從 Thread 類繼承會強加類層次。