Java 多線程編程

標籤：作業系統   result   hold   isp   程式   利用   守護線程   sde   dcl   

Java給多線程編程提供了內建的支援。一個多線程程式包含兩個或多個能並發啟動並執行部分。程式的每一部分都稱作一個線程，並且每個線程定義了一個獨立的執行路徑。

多線程是多任務的一種特別的形式，但多線程使用了更小的資源開銷。

這裡定義和線程相關的另一個術語 - 進程：一個進程包括由作業系統分配的記憶體空間，包含一個或多個線程。一個線程不能獨立的存在，它必須是進程的一部分。一個進程一直運行，直到所有的非守候線程都結束運行後才能結束。

多線程能滿足程式員編寫高效率的程式來達到充分利用CPU的目的。

一個線程的生命周

線程經過其生命週期的各個階段。顯示了一個線程完整的生命週期。

 

• 建立狀態:

  使用 new 關鍵字和 Thread 類或其子類建立一個線程對象後，該線程對象就處於建立狀態。它保持這個狀態直到程式 start() 這個線程。

• 就緒狀態:

  當線程對象調用了start()方法之後，該線程就進入就緒狀態。就緒狀態的線程處於就緒隊列中，要等待JVM裡線程調度器的調度。

• 運行狀態:

  如果就緒狀態的線程擷取 CPU 資源，就可以執行 run()，此時線程便處於運行狀態。處於運行狀態的線程最為複雜，它可以變為阻塞狀態、就緒狀態和死亡狀態。

• 阻塞狀態:

  如果一個線程執行了sleep（睡眠）、suspend（掛起）等方法，失去所佔用資源之後，該線程就從運行狀態進入阻塞狀態。在睡眠時間已到或獲得裝置資源後可以重新進入就緒狀態。

• 死亡狀態:

  一個運行狀態的線程完成任務或者其他終止條件發生時，該線程就切換到終止狀態。

線程的優先順序

每一個Java線程都有一個優先順序，這樣有助於作業系統確定線程的調度順序。

Java線程的優先順序是一個整數，其取值範圍是1 （Thread.MIN_PRIORITY ） - 10 （Thread.MAX_PRIORITY ）。

預設情況下，每一個線程都會分配一個優先順序NORM_PRIORITY（5）。

具有較高優先順序的線程對程式更重要，並且應該在低優先順序的線程之前分配處理器資源。但是，線程優先順序不能保證線程執行的順序，而且非常依賴於平台。

建立一個線程

Java提供了兩種建立線程方法：

• 通過實現Runable介面；
• 通過繼承Thread類本身。

通過實現Runnable介面來建立線程

建立一個線程，最簡單的方法是建立一個實現Runnable介面的類。

為了實現Runnable，一個類只需要執行一個方法調用run()，聲明如下：

 

publicvoid run()

你可以重寫該方法，重要的是理解的run()可以調用其他方法，使用其他類，並聲明變數，就像主線程一樣。

在建立一個實現Runnable介面的類之後，你可以在類中執行個體化一個線程對象。

Thread定義了幾個構造方法，下面的這個是我們經常使用的：

Thread(Runnable threadOb,String threadName);

這裡，threadOb 是一個實現Runnable 介面的類的執行個體，並且 threadName指定新線程的名字。

新線程建立之後，你調用它的start()方法它才會運行。

void start();

執行個體

下面是一個建立線程並開始讓它執行的執行個體：

// 建立一個新的線程class NewThread implements Runnable {   Thread t;   NewThread() {      // 建立第二個新線程      t = new Thread(this, "Demo Thread");      System.out.println("Child thread: " + t);      t.start(); // 開始線程   }     // 第二個線程入口   public void run() {      try {         for(int i = 5; i > 0; i--) {            System.out.println("Child Thread: " + i);            // 暫停線程            Thread.sleep(50);         }     } catch (InterruptedException e) {         System.out.println("Child interrupted.");     }     System.out.println("Exiting child thread.");   }} public class ThreadDemo {   public static void main(String args[]) {      new NewThread(); // 建立一個新線程      try {         for(int i = 5; i > 0; i--) {           System.out.println("Main Thread: " + i);           Thread.sleep(100);         }      } catch (InterruptedException e) {         System.out.println("Main thread interrupted.");      }      System.out.println("Main thread exiting.");   }}

編譯以上程式運行結果如下：

Child thread: Thread[Demo Thread,5,main]Main Thread: 5Child Thread: 5Child Thread: 4Main Thread: 4Child Thread: 3Child Thread: 2Main Thread: 3Child Thread: 1Exiting child thread.Main Thread: 2Main Thread: 1Main thread exiting.

通過繼承Thread來建立線程

建立一個線程的第二種方法是建立一個新的類，該類繼承Thread類，然後建立一個該類的執行個體。

繼承類必須重寫run()方法，該方法是新線程的進入點。它也必須調用start()方法才能執行。

執行個體

// 通過繼承 Thread 建立線程class NewThread extends Thread {   NewThread() {      // 建立第二個新線程      super("Demo Thread");      System.out.println("Child thread: " + this);      start(); // 開始線程   }    // 第二個線程入口   public void run() {      try {         for(int i = 5; i > 0; i--) {            System.out.println("Child Thread: " + i);                            // 讓線程休眠一會            Thread.sleep(50);         }      } catch (InterruptedException e) {         System.out.println("Child interrupted.");      }      System.out.println("Exiting child thread.");   }} public class ExtendThread {   public static void main(String args[]) {      new NewThread(); // 建立一個新線程      try {         for(int i = 5; i > 0; i--) {            System.out.println("Main Thread: " + i);            Thread.sleep(100);         }      } catch (InterruptedException e) {         System.out.println("Main thread interrupted.");      }      System.out.println("Main thread exiting.");   }}

編譯以上程式運行結果如下：

Child thread: Thread[Demo Thread,5,main]Main Thread: 5Child Thread: 5Child Thread: 4Main Thread: 4Child Thread: 3Child Thread: 2Main Thread: 3Child Thread: 1Exiting child thread.Main Thread: 2Main Thread: 1Main thread exiting.

Thread 方法

下表列出了Thread類的一些重要方法：

序號	方法描述
1	public void start() 使該線程開始執行；Java 虛擬機器調用該線程的 run 方法。
2	public void run() 如果該線程是使用獨立的 Runnable 運行物件建構的，則調用該 Runnable 對象的 run 方法；否則，該方法不執行任何操作並返回。
3	public final void setName(String name) 改變線程名稱，使之與參數 name 相同。
4	public final void setPriority(int priority)  更改線程的優先順序。
5	public final void setDaemon(boolean on) 將該線程標記為守護線程或使用者線程。
6	public final void join(long millisec) 等待該線程終止的時間最長為 millis 毫秒。
7	public void interrupt() 中斷線程。
8	public final boolean isAlive() 測試線程是否處於活動狀態。

測試線程是否處於活動狀態。 上述方法是被Thread對象調用的。下面的方法是Thread類的靜態方法。

序號	方法描述
1	public static void yield() 暫停當前正在執行的線程對象，並執行其他線程。
2	public static void sleep(long millisec) 在指定的毫秒數內讓當前正在執行的線程休眠（暫停執行），此操作受到系統計時器和發送器精度和準確性的影響。
3	public static boolean holdsLock(Object x) 若且唯若當前線程在指定的對象上保持監視器鎖時，才返回 true。
4	public static Thread currentThread() 返回對當前正在執行的線程對象的引用。
5	public static void dumpStack() 將當前線程的堆疊追蹤列印至標準錯誤流。

執行個體

如下的ThreadClassDemo 程式示範了Thread類的一些方法：

// 檔案名稱 : DisplayMessage.java// 通過實現 Runnable 介面建立線程public class DisplayMessage implements Runnable{   private String message;   public DisplayMessage(String message)   {      this.message = message;   }   public void run()   {      while(true)      {         System.out.println(message);      }   }}// 檔案名稱 : GuessANumber.java// 通過繼承 Thread 類建立線程public class GuessANumber extends Thread{   private int number;   public GuessANumber(int number)   {      this.number = number;   }   public void run()   {      int counter = 0;      int guess = 0;      do      {          guess = (int) (Math.random() * 100 + 1);          System.out.println(this.getName()                       + " guesses " + guess);          counter++;      }while(guess != number);      System.out.println("** Correct! " + this.getName()                       + " in " + counter + " guesses.**");   }}// 檔案名稱 : ThreadClassDemo.javapublic class ThreadClassDemo{   public static void main(String [] args)   {      Runnable hello = new DisplayMessage("Hello");      Thread thread1 = new Thread(hello);      thread1.setDaemon(true);      thread1.setName("hello");      System.out.println("Starting hello thread...");      thread1.start();           Runnable bye = new DisplayMessage("Goodbye");      Thread thread2 = new Thread(bye);      thread2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);      thread2.setDaemon(true);      System.out.println("Starting goodbye thread...");      thread2.start();       System.out.println("Starting thread3...");      Thread thread3 = new GuessANumber(27);      thread3.start();      try      {         thread3.join();      }catch(InterruptedException e)      {         System.out.println("Thread interrupted.");      }      System.out.println("Starting thread4...");      Thread thread4 = new GuessANumber(75);                thread4.start();      System.out.println("main() is ending...");   }}

運行結果如下，每一次啟動並執行結果都不一樣。

Starting hello thread...Starting goodbye thread...HelloHelloHelloHelloHelloHelloHelloHelloHelloThread-2 guesses 27Hello** Correct! Thread-2 in 102 guesses.**HelloStarting thread4...HelloHello..........remaining result produced.

線程的幾個主要概念:

在多線程編程時，你需要瞭解以下幾個概念：

• 線程同步
• 線程間通訊
• 線程死結
• 線程式控制制：掛起、停止和恢複

多線程的使用

有效利用多線程的關鍵是理解程式是並發執行而不是串列執行的。例如：程式中有兩個子系統需要並發執行，這時候就需要利用多線程編程。

通過對多線程的使用，可以編寫出非常高效的程式。不過請注意，如果你建立太多的線程，程式執行的效率實際上是降低了，而不是提升了。

請記住，內容相關的切換開銷也很重要，如果你建立了太多的線程，CPU花費在內容相關的切換的時間將多於執行程式的時間！

Java 多線程編程