Java的多线程机制.ppt

《Java的多线程机制.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Java的多线程机制.ppt（60页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、Java 的多线程机制,2,主要内容,线程的概念线程的生命周期Java中多线程的编程继承Thread类与使用Runnable接口Thread类的主要方法线程的同步与死锁动画,3,程序-进程-线程,程序是为完成特定任务、用某种语言编写的 一组指令的集合。指一段静态的代码。进程是程序的一次执行过程，是系统进行调 度和资源分配的一个独立单位。,4,程序-进程-线程,线程是比进程更小一级的执行单元。一个进程在其执行过程中，可以产生多个线程，形 成多条执行线索。每个线程也有它自身的产生、存在和消亡的过程，也是一个动态的概念。一个线程有它自己的入口和出口，以及一个顺序执 行的序列线程不能独立存在，必须存在

2、于进程中，各线程间 共享进程空间的数据。线程 线程创建、销毁和切换的负荷远小于进程，又称为轻量级进程（lightweight process）。系统负担小，主要是CPU的分配。,5,基本概念之一：进程,进程是正在运行的一个程序程序：静态对象进程：动态过程操作系统为每个进程分配一段内存空间，包括：代码、数据以及堆栈等资源多任务的操作系统（OS）中，进程切换对 CPU资源消耗较大,6,基本概念之二：多线程,多线程是指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。多线程实现单个进程中的并发计算。各线程间共享进程空间的数据，并利用这些 共享单元来实现数据交换、实时通信与必要 的同步操作。多

3、线程的程序能更好地表述和解决现实世界 的具体问题，是计算机应用开发和程序设计 的一个必然发展趋势。,7,进程与多线程,8,线程的调度,调度策略时间片抢占式：高优先级的线程抢占CPU Java的调度方法同优先级线程组成先进先出队列，使用时间片策略对高优先级，使用优先调度的抢占式策略,1,2,9,Java与多线程,Java语言的一个重要功能特点就是内置对多 线程的支持，它使得编程人员可以很方便地 开发出具有多线程功能，能同时处理多个任 务的功能强大的应用程序。每个Java程序都有一个隐含的主线程application main 方法Applet小程序，主线程指挥浏览器加载并执 行 Java小程序。

4、,10,线程的概念模型,11,线程的生命周期,要想实现线程，必须在主线程中创建新的线程对象。Java语言使用Thread类及其子类的对象来表示线程，在它的一个完整的生命周期中通常要经历如下的五种状态：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就绪：处于新建状态的线程被启动后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已具备了运行的条件运行：当就绪的线程被调度并获得处理器资源时,便进入运行状态，run()方法定义了线程的操作和功能阻塞：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出CPU并临时中止自己的执行，进入阻塞状态死亡：线程完成了它的全部工作或线

5、程被提前强制性地中止 stop()或destroy(),12,线程的生命周期,13,线程的生命周期（续）,Newborn：线程已创建，但尚未执行Runnable：（就绪）线程已被调度，按优先级和先到先服务原则在队列中排队等待CPU时间片资源Runnnig：正在运行Blocked：（阻塞）因某事件或睡眠而被暂时性地挂起Dead：正常/强行中断，退出运行状态,14,线程状态,15,Java对多线程的支持,提供对多线程的支持Thread类start(),stop(),run()Runnable 接口实现多线程的两种编程方法继承 Thread 类实现 Runnable 接口,16,Thread类,Th

6、read类综合了Java程序中一个线程需要拥有的属性和方法 当生成一个Thread类的对象后，一个新的线程诞生了。每个线程都是通过目标对象的方法run()来完成其操作的。方法run()称为线程体(线程方法)。提供线程体的目标对象是在初始化一个线程时指明的。任何实现了Runnable接口(实现run()方法)的类实例都可以作为线程的目标对象。,17,方法之一：继承Thread类,Thread类的重要方法：run()定义线程的具体操作系统调度此线程时自动执行初始时无具体操作内容如何编程呢？,继承Thread类，定义 run()方法,18,Easy?Lets try it!,小例子：SimpleTh

7、read.javaTwoThreadsTest.java,19,20,Thread类,java.lang包构造函数Thread();Thread(String threadname);指定线程实例名线程的优先级控制三个常量：MAX_PRIORITY 10;MIN _PRIORITY 1;NORM_PRIORITY 5;getPriority()返回线程优先值 setPriority(int newPriority)改变线程的优先级线程创建时继承父线程的优先级,21,Thread类的有关方法,void start():由Newborn到Runnable启动线程String getName():返

8、回线程的名称run():线程在被调度时执行的操作static void sleep(指定时间毫秒):令当前活动线程在指定时间段内放弃对CPU控制,使 其他线程有机会被执行,时间到后重排队产生例外InterruptedException用try块调用sleep()，用catch块处理例外,22,Thread类的有关方法(续),suspend()：挂起线程，处于阻塞状态resume()：恢复挂起的线程，重新进入就绪队 列排队 应用：可控制某线程的暂停与继续 方法：设一状态变量suspendStatus=false(初始)暂停：if(!suspendStatus)T.suspend();suspen

9、dStatus=true;继续：if(suspendStatus)T.resume();suspendStatus=false;,23,Thread类的有关方法(续),static void yield()：对正在执行的线程若就绪队列中有与当前线程同优先级的排队线程,则当前线程让出CPU控制权,移到队尾若队列中没有同优先级的线程，忽略此方法stop():强制线程生命期结束boolean isAlive()：返回boolean,表明是否线程还 存在static currentThread():返回当前线程,24,生成与运行线程 方法1,25,建立线程,26,Thread类方法总结,启动线程：st

10、art()有关线程执行的控制：stop()、suspend()、resume()有关调度控制Thread.sleep(10);/低优先级的线程也可以获得执行Thread.yield();/同优先级的线程可以获得执行suspend();/暂停本线程,27,方法之二：Runnable,Runnable接口自定义类实现Runnable接口使用Thread类的另一构造函数：Thread(Runnable,String)用实现了Runnable接口的类的对象中所定义的 run()方法,来覆盖新创建的线程对象的run()方法使用start()启动线程,28,方法之二：Runnable（续）,例：class

11、 A implements Runnablepublic void run().class B public static void main(String arg)Runnable a=new A();Thread t=new Thread(a);t.start();,29,建立线程例,public class ThreadTest public static void main(String args)Job1 j=new Job1();Thread t1=new Thread(j);t1.start();class Job1 implements Runnable int i=1;pub

12、lic void run()while(i50)System.out.println(i+);,30,建立线程,31,生成与运行线程 方法2,class MyRun implements Runnable public void run()线程体 MyRun mr=new MyRun();Thread t1=new Thread(mr);t1.start();/Thread实例用于线程控制适合于：定义run()方法的类必须是其他类或其他类的子类。,32,方法之二：Runnable（续）,两种方法的选择当需要从其他类，如Applet类继承时，使用Runnable接口当编写简单的程序时，可考虑使用

13、继承Thread类例：RaceApplet.java具体运行结果（线程调度）与平台有关,33,34,public void init()/重载Applet的init()方法 for(int i=0;i NUMRUNNERS;i+)runnersi=new Runner();/创建赛跑线程线程 runnersi.setPriority(i+1);/设优先级first=1,second=2 if(updateThread=null)/创建绘图线程，并设优先级为3 updateThread=new Thread(this,Thread Race);updateThread.setPriority(N

14、UMRUNNERS+1);addMouseListener(new MyAdapter();/注册事件监听者/end of init(),35,/内部事件监听者类，监听鼠标事件 class MyAdapter extends MouseAdapter/鼠标点击后，开始赛跑及绘制线程 public void mouseClicked(MouseEvent evt)if(!updateThread.isAlive()updateThread.start();/启动绘制线程 for(int i=0;i NUMRUNNERS;i+)if(!runnersi.isAlive()runnersi.star

15、t();/启动赛跑线程/end of class MyAdapter,36,public void paint(Graphics g)/paint()方法中绘制框架/end of paint()/update()方法中绘制赛跑者的进度 public void update(Graphics g)for(int i=0;i NUMRUNNERS;i+)/画两条线 g.drawLine(SPACING,(i+1)*SPACING,SPACING+(runnersi.tick)/100000,(i+1)*SPACING);/end of update(),37,public void run()/实

16、现Runnable接口的run()方法 while(true)repaint();/重新绘制，自动调用update()方法 try Thread.sleep(10);/休眠,把执行机会让给低优先级线程 catch(InterruptedException e)/end of run()public void stop()/重载Applet的stop()方法 for(int i=0;i NUMRUNNERS;i+)if(runnersi.isAlive()runnersi=null;/中止赛跑线程 if(updateThread.isAlive()updateThread=null;/中止绘图线

17、程/end of stop()/RaceApplet.java,38,线程的同步与互斥,问题的提出多个线程执行的不确定性引起执行结果的 不稳定 如线程A:A1A2线程B:B1B2多个线程对内存、数据的共享，会造成操 作的不完整性，会破坏数据。如push(a):i+;numi=a;pop():取出numi;i-;,39,线程的同步与互斥,问题的解决同步:用synchronized关键字前缀给针对共享资源的操作加锁；同步方法、同步块 synchronized void push();synchronized int pop();临界区实现机制：管程,40,线程的同步与互斥,对象互斥锁 在Java中

18、，每个对象有一个“互斥锁”，该锁可用来保证在同一时刻只能有一个线程访问该对象。锁的使用过程（当一个线程要操作一个对象时）,是,41,线程的同步与互斥,加锁1(临界区-方法）synchronized 方法名 进入该方法时加锁加锁2（临界区-代码块）方法名.synchronized(this)/进入该代码段时加锁.一个线程为某对象加锁后，便对该对象具有了监控权。,42,线程的同步与互斥,线程间需协调与通讯：生产者/消费者问题,43,线程的同步与互斥,wait()与notify()Object类的方法：public final voidwait()：令当前线程挂起并放弃管程，同步资源解锁，使别的线程

19、可访问并修改共享资源，而当前线程排队等候再次对资源的访问notify()唤醒正在排队等待资源管程的线程中优先级最高者，使之执行并拥有资源的管程wait()+notify()+标志变量：可协调、同步不同线程的工作,44,线程的同步与互斥,45,线程的同步与互斥,public final void wait()方法在当前线程中调用方法：对象名.wait()使当前线程进入等待（某对象）状态，直到另一线程对该对象发出notify(或notifyAll)为止。调用方法的必要条件：当前线程必须具有对该对象的监控权（加锁）当前线程将释放对象监控权，然后进入等待队列（wait队列）。在当前线程被notify后

20、，要重新获得监控权，然后从断点处继续代码的执行。,46,线程的同步与互斥,public final void notify()方法在当前线程中调用方法：对象名.notify()功能：唤醒等待该对象监控权的一个线程。调用方法的必要条件：当前线程必须具有对该对象 的监控权（加锁）notifyAll()唤醒wait队列中的所有线程，并把它门移入锁申请 队列。,47,线程状态,48,线程调度,public static void sleep(longmillis)当前进程休眠指定时间public static void yield()主动让出CPU，重新排队 正在执行的线程将CPU让给其他具有相同优先

21、级的线程，自己进入就绪状态重新排队public final void join()等待某线程结束,49,等待另一线程结束,Runnable ot=new otheeThread();Thread tt=new Thread(ot);tt.start();/执行自己的工作 try tt.join();catch(interruptedException e)./继续做自己的事,50,终止线程,public class R implement Runnable private boolean timeToQuit=false;/设标记 public void run()while(!timeToQ

22、uit)public void stopRunning()timeToQuit=true;public class test public static void main(String args)Runnable r=new R();Thread t=new Thread(r);t.start();if()r.stopRunning();,51,线程的同步与互斥,Wait_Notify 程序CubbyHole.java创建用户的线程子类Producer:产生数据（存数据）;Consumer:消费数据（取数据）CubbyHole类，共享数据区，同步方法put(int value)方法int g

23、et()方法主类中创建共享数据对象，并启动两线程,52,class CubbyHole private int seq;/共享数据 private boolean available=false;/条件标志变量 public synchronized int get()/取数据的同步方法get()while(available=false)trywait();/条件不符合，则wait catch(InterruptedException e)available=false;/修改条件notify();/通知唤醒其他等待管程的线程return seq;/返回要取出的数值/end of get()

24、,53,/存放数据的同步方法put()public synchronized void put(int value)while(available=true)trywait();/条件不符合，则wait catch(InterruptedException e)seq=value;/把共享变量修改为要放置的数据available=true;/修改条件notify();/通知唤醒其他等待管程的线程/end of put()/end of class CubbyHole,54,class Producer extends Thread/生产者线程类 private CubbyHole cubbyh

25、ole;private int number;public Producer(CubbyHole c,int number)cubbyhole=c;this.number=number;public void run()/定义run()方法 for(int i=0;i 10;i+)/共产生10个 cubbyhole.put(i);System.out.println(Producer#+this.number+put:+i);try sleep(int)(Math.random()*100);catch(InterruptedException e)/end of class Producer

26、,55,class Consumer extends Thread/消费者线程类 private CubbyHole cubbyhole;private int number;public Consumer(CubbyHole c,int number)cubbyhole=c;this.number=number;public void run()/定义run()方法 int value=0;for(int i=0;i 10;i+)/消费10个 value=cubbyhole.get();System.out.println(Consumer#+this.number+got:+value);

27、/end of class Consumer,56,class ProducerConsumerTest/主类：测试 public static void main(String args)CubbyHole c=new CubbyHole();/the shared data object Producer p1=new Producer(c,1);/Producer线程 Consumer c1=new Consumer(c,1);/Consumer线程 p1.start();/启动生产者线程 c1.start();/启动消费者线程/end of ProducerConsumerTest程序

28、执行结果：生产者线程和消费者线程严格地轮流执行，获得了线程间的协调执行。,57,线程的死锁,死锁不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁解决方法专门的算法、原则尽量减少同步资源的定义,58,动画,即若干幅相近的图片接连显示例：旋转的地球 RollEarth.java,59,public class RollEarth extends Applet implements Runnable public void run()/实现动画 while(true)/循环往复地显示每一帧图片 try displayImage(m_Graphics);m_nCurrImage+;if(m_nCurrImage=NUM_IMAGES)m_nCurrImage=0;Thread.sleep(50);catch(InterruptedException e)/end of run()/end of class,60,课后作业,P202.第11、12、13题,