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多线程,第二章,使用多线程实现生产者和消费者问题,使用多线程实现龟兔赛跑,使用多线程实现多个用户安全存取一个账户,本章目标,点重,点重,点难,第2页/共38页,点重,概述,线程基础进程与线程线程分类多线程的优势线程控制线程的创建和启动线程的状态线程调度线程同步线程同步的必要性线程同步的实现死锁线程间通信线程间通信的必要性线程间通信的实现,进程和线程2-1,程序程序是一段静态的代码，它是应用程序执行的蓝本进程进程是指一种正在运行的程序，有自己的地址空间 进程的特点动态性 并发性 独立性,进程和线程2-2,线程的定义进程内部的一个执行单元，它是程序中一个单一的顺序控制流程。如果在一个进程中同时运行了多个线程，用来完成不同的工作，则称之为多线程,线程的定义进程是系统资源分配的单位，可包括多个线程线程是独立调度和分派的基本单位，共享进程资源引入进程是为了多个程序并发执行，提高资源的利用率和系统吞吐量引入线程是为了减少程序在并发执行时付出的时空开销,线程分类,系统级线程（核心级线程）：由操作系统内核进行管理，使用户程序可以创建、执行、撤销线程 用户级线程管理过程全部由用户程序完成，操作系统内核只对进程进行管理,多线程的优势,多线程使系统空转时间减少，提高CPU利用率进程间不能共享内存，但线程之间共享内存非常容易使用多线程实现多任务并发比多进程的效率高Java语言内置多线程功能支持，简化了Java的多线程编程,线程的创建和启动6-1,两种方法来创建线程继承Java.lang.Thread类，并覆盖run()方法实现Java.lang.Runnable接口，并实现run()方法,class MyThread extends Thread public void run()/*覆盖该方法*/,class MyThread implements Runnable public void run()/*实现该方法*/,线程的创建和启动6-2,启动线程新建的线程不会自动开始运行，必须通过start()方法启动启动继承Thread的线程启动实现Runnable接口的线程,MyThread t=new MyThread();t.start();,MyThread mt=new MyThread();Thread t=new Thread(mt);t.start();,线程的创建和启动6-3,继承Java.lang.Thread类,public class ThreadDemo1 public static void main(String args)MyThread1 t=new MyThread1();t.start();while(true)System.out.println(兔子领先了，别骄傲);class MyThread1 extends Thread public void run()while(true)System.out.println(乌龟领先了，加油);,线程的创建和启动6-4,实现Java.lang.Runnable接口,public class ThreadDemo2 public static void main(String args)MyThread2 mt=new MyThread2();Thread t=new Thread(mt);t.start();while(true)System.out.println(兔子领先了，加油);class MyThread2 implements Runnable public void run()while(true)System.out.println(乌龟超过了，再接再厉);,线程的创建和启动6-5,两种线程创建方式的比较继承Thread类方式的多线程优势：编写简单劣势：无法继承其它父类实现Runnable接口方式的多线程优势：可以继承其它类，多线程可共享同一个Thread对象劣势：编程方式稍微复杂，如果需要访问当前线程，需要调用Thread.currentThread()方法,线程的创建和启动6-6,Thread类的常用方法,线程的状态,新生使用new关键字创建一个线程后，尚未调用其start方法之前 可运行调用线程对象的start方法之后这个状态当中，线程对象可能正在运行，也可能等待运行阻塞一种“不可运行”的状态，在得到一个特定的事件之后会返回到可运行状态死亡线程的run方法运行完毕或者在运行中出现未捕获的异常时,线程调度6-1,优先级概述每个线程执行时都具有一定的优先级。当调度线程时，会优先考虑级别高的线程默认情况下，一个线程继承其父线程的优先级使用 线程对象.setPriority(p)来改变线程的优先级优先级影响CPU在线程间切换，切换的原则是：当一个线程通过显式放弃、睡眠或者阻塞、自愿释放控制权时，所有线程均接受检查而优先级高线程将会优先执行一个线程可以被一个高优先级的线程抢占资源同级别的线程之间，则通过控制权的释放，确保所有的线程均有机会运行。,线程调度6-2,join()阻塞指定线程等到另一个线程完成以后再继续执行,public class JoinTest extends Thread public JoinTest(String name)super(name);public void run()for(int i=0;i 5;i+)System.out.println(getName()+i);public static void main(String args)for(int i=0;i 10;i+)if(i=5)JoinTest tempjt=new JoinTest(半路加入的线程);try tempjt.start();tempjt.join();catch(InterruptedException e)e.printStackTrace();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+i);,线程调度6-3,sleep()使线程停止运行一段时间，将处于阻塞状态阻塞的时间由指定的毫秒数决定,public class TestSleep public static void main(String args)System.out.println(Wait);/让主线程等待5秒再执行Wait.bySec(5);/提示恢复执行System.out.println(start);class Wait public static void bySec(long s)/sleep s个1秒for(int i=0;i s;i+)System.out.println(i+1+秒);try/sleep1秒Thread.sleep(1000);catch(InterruptedException e)e.printStackTrace();,线程调度6-4,yield()让当前正在执行的线程暂停该方法不会阻塞线程，而是将线程转入可运行状态,public class YeildTest public static void main(String args)TheThread mt=new TheThread();MyNewThread mnt=new MyNewThread();mt.start();mnt.start();class TheThread extends Thread public void run()for(int i=0;i 5;i+)System.out.println(第一个线程的第+(i+1)+次运行);Thread.yield();class MyNewThread extends Thread public void run()for(int i=0;i 5;i+)System.out.println(第二个线程的第+(i+1)+次运行);Thread.yield();,线程调度6-5,sleep()和yield()对比,线程调度6-6,setDaemon()可以将指定的线程设置成后台线程创建后台线程的线程结束时，后台线程也随之消亡,public class DaemonTest extends Thread public void run()while(true)System.out.println(getName();public static void main(String args)DaemonTest dt=new DaemonTest();dt.setDaemon(true);dt.setName(后台线程);dt.start();for(int i=0;i 10;i+)System.out.println(Thread.currentThread().getName()+i);,线程同步的必要性3-1,使用多线程进行开发，让两个用户同时操作一个银行账户。每次取款100元，取款前先检查余额是否足够。如果不够，放弃取款创建银行账户类Account创建取款线程TestAccount创建测试类TestWithdrawal，让两个用户同时取款,线程同步的必要性3-2,public class Account/余额private int balance=500;/检查余额public int getBalance()return balance;/取款public void withdraw(int amount)balance=balance-amount;,public class TestAccount implements Runnable/所有的用此TestAccount对象创建的线程共享同一个线程private Account acct=new Account();public void run()for(int x=0;x=amt)System.out.println(Thread.currentThread().getName()+准备取款);try Thread.sleep(500);catch(InterruptedException ex)acct.withdraw(amt);/如果余额足够，则取款System.out.println(Thread.currentThread().getName()+完成取款);else/余额不够给出提示System.out.println(余额不足以支付+Thread.currentThread().getName()+的取款，余额为+acct.getBalance();,public class TestWithdrawal public static void main(String args)/创建两个线程分别表示张三和张三的老婆TestAccount r=new TestAccount();Thread one=new Thread(r);Thread two=new Thread(r);one.setName(张三);two.setName(张三的妻子);one.start();two.start();,线程同步的必要性3-3,当多个线程访问同一个数据时，容易出现线程安全问题。需要让线程同步，保证数据安全线程同步当两个或两个以上线程访问同一资源时，需要某种方式来确保资源在某一时刻只被一个线程使用线程同步的实现方案同步代码块 同步方法,线程同步的实现2-1,同步代码块,synchronized(obj)/此处代码为同步代码块,public class TestAccount implements Runnable/所有的用此TestAccount对象创建的线程共享同一个线程private Account acct=new Account();public void run()private void makeWithdrawal(int amt)synchronized(acct)if(acct.getBalance()=amt)System.out.println(Thread.currentThread().getName()+准备取款);try Thread.sleep(500);catch(InterruptedException ex)acct.withdraw(amt);/如果余额足够，则取款System.out.println(Thread.currentThread().getName()+完成取款);else/余额不够给出提示System.out.println(余额不足以支付+Thread.currentThread().getName()+的取款，余额为+acct.getBalance();,线程同步的实现2-2,同步方法,访问修饰符 synchronized 返回类型 方法名,public class TestAccount implements Runnable/所有的用此TestAccount对象创建的线程共享同一个线程private Account acct=new Account();public void run()for(int x=0;x=amt)System.out.println(Thread.currentThread().getName()+准备取款);try Thread.sleep(500);catch(InterruptedException ex)acct.withdraw(amt);/如果余额足够，则取款System.out.println(Thread.currentThread().getName()+完成取款);else/余额不够给出提示System.out.println(余额不足以支付+Thread.currentThread().getName()+的取款，余额为+acct.getBalance();,死锁,线程同步的好处解决了线程安全问题线程同步的缺点性能下降会带来死锁死锁当两个线程相互等待对方释放“锁”时就会发生死锁出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续多线程编程时应该注意避免死锁的发生,线程间通信的必要性3-1,生产者和消费者问题假设仓库中只能存放一件产品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中产品取走消费如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止,线程间通信的必要性3-2,这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待。而生产了产品之后，又需要马上通知消费者消费对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经消费结束，需要继续生产新产品以供消费在生产者消费者问题中，仅有synchronized是不够的synchronized可阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递（通信）,线程间通信的必要性3-3,Java提供了3个方法解决线程之间的通信问题,均是java.lang.Object类的方法都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常,线程间通信的实现3-1,定义产品类,class SharedDataprivate char c;private boolean isProduced=false;/信号量public synchronized void putShareChar(char c)/如果产品还未消费，则生产者等待if(isProduced)trySystem.out.println(消费者还未消费，因此生产者停止生产);wait();/生产者等待 catch(InterruptedException e)e.printStackTrace();this.c=c;isProduced=true;/标记已经生产notify();/通知消费者已经生产，可以消费System.out.println(生产了产品+c+通知消费者消费.);public synchronized char getShareChar()/如果产品还未生产，则消费者等待if(!isProduced)try System.out.println(生产者还未生产，因此消费者停止消费);wait();/消费者等待 catch(InterruptedException e)e.printStackTrace();isProduced=false;/标记已经消费notify();/通知需要生产System.out.println(消费者消费了产品+c+通知生产者生产.);return this.c;,线程间通信的实现3-2,定义生产者线程类和消费者线程类,/生产者线程class Producer extends Thread private SharedData s;Producer(SharedData s)this.s=s;public void run()for(char ch=A;ch=D;ch+)tryThread.sleep(int)(Math.random()*3000);catch(InterruptedException e)e.printStackTrace();s.putShareChar(ch);/将产品放入仓库,/消费者线程class Consumer extends Thread private SharedData s;Consumer(SharedData s)this.s=s;public void run()char ch;do tryThread.sleep(int)(Math.random()*3000);catch(InterruptedException e)e.printStackTrace();ch=s.getShareChar();/从仓库中取出产品 while(ch!=D);,线程间通信的实现3-3,定义测试类,/测试类class CommunicationDemopublic static void main(String args)/共享同一个共享资源SharedData s=new SharedData();/消费者线程new Consumer(s).start();/生产者线程new Producer(s).start();,总结,进程和线程有什么联系和区别？创建线程的两种方式分别是什么？如何实现线程同步？Java中实现线程通信的三个方法的作用是什么？,