1、2014/1/20第 1 页注意：开始用功了！12014/1/20第 2 页Java2 实用教程(第 4 版) 第 12 章配合例子源代码一起使用Power point 制作：耿祥义 张跃平Java 多线程机制 22014/1/20第 3 页导读主要内容Java 中的线程Thread 类与线程的创建线程的常用方法线程同步协调同步的线程线程联合GUI 线程计时器线程32014/1/20第 4 页12.1 进程与线程 12.1.1 操作系统与进程 程序是一段静态的代码，它是应用软件执行的蓝本。进程是程序的一次动态执行过程，它对应了从代码加载、执行至执行完毕的一个完整过程，这个过程也是进程本身从产生
2、、发展至消亡的过程。现代操作系统可以同时管理一个计算机系统中的多个进程，即可以让计算机系统中的多个进程轮流使用 CPU 资源。42014/1/20第 5 页12.1.2 进程与线程 线程是比进程更小的执行单位，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，每条线索，即每个线程也有它自身的产生、存在和消亡的过程。 线程间可以共享进程中的某些内存单元(包括代码与数据 )，线程的中断与恢复可以更加节省系统的开销。52014/1/20第 6 页12.2 Java 中的线程 12.2.1 Java 的多线程机制 Java 语言的一大特性点就是内置对多线程的支持。Java 虚拟机快速地把控制
3、从一个线程切换到另一个线程。这些线程将被轮流执行，使得每个线程都有机会使用 CPU 资源。62014/1/20第 7 页12.2.2 主线程（main 线程） 每个 Java 应用程序都有一个缺省的主线程。当 JVM（ Java Virtual Machine 虚拟机）加载代码，发现 main 方法之后，就会启动一个线程，这个线程称为“主线程” （main 线程） ，该线程负责执行 main 方法。JVM 一直要等到 Java 应用程序中的所有线程都结束之后，才结束 Java 应用程序 。 72014/1/20第 8 页12.2.3 线程的状态与生命周期 建的线程在它的一个完整的生命周期中通常
4、要经历如下的四种状态：1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。2运行 :线程必须调用 start（）方法（从父类继承的方法）通知 JVM，这样 JVM 就会知道又有一个新一个线程排队等候切换了。一旦轮到它来享用 CPU 资源时，此线程的就可以脱离创建它的主线程独立开始自己的生命周期了。 3中断:有 4 种原因的中断： JVM 将 CPU 资源从当前线程切换给其他线程，使本线程让出 CPU 的使用权处于中断状态。线程使用 CPU 资源期间，执行了 sleep(int millsecond)方法，使当前线程进入休眠状。线程使用 CPU 资源期间，
5、执行了 wait()方法。线程使用 CPU 资源期间，执行某个操作进入阻塞状态。4死亡 :处于死亡状态的线程不具有继续运行的能力。线程释放了实体。 82014/1/20第 9 页例子 1(Example12_1.java )通过分析运行结果阐述线程的 4 种状态。例子 1 在主线程中用 Thread 的子类创建了两个线程(SpeakElephant.java , SpeakCar.java )，这两个线程分别在命令行窗口输出 20 句“大象”和“轿车” ；主线程在命令行窗口输出 15 句“主人” 。例子 1 的运行效果如图 12.4。例子 1 在不同的计算机运行或在同一台计算机反复运行的结果不
6、尽相同,输出结果依赖当前 CPU 资源的使用情况。 92014/1/20第 10 页12.2.4 线程调度与优先级 处于就绪状态的线程首先进入就绪队列排队等候 CPU 资源，同一时刻在就绪队列中的线程可能有多个。Java 虚拟机（JVM）中的线程调度器负责管理线程，调度器把线程的优先级分为 10 个级别，分别用 Thread 类中的类常量表示。 Java 调度器的任务是使高优先级的线程能始终运行，一旦时间片有空闲，则使具有同等优先级的线程以轮流的方式顺序使用时间片。 102014/1/20第 11 页12.3 Thread 类与线程的创建 12.3.1 使用 Thread 的子类 在 Java
7、 语言中，用 Thread 类或子类创建线程对象。在编写 Thread 类的子类时，需要重写父类的 run()方法，其目的是规定线程的具体操作，否则线程就什么也不做，因为父类的 run()方法中没有任何操作语句。112014/1/20第 12 页12.3.2 使用 Thread 类 创建线程的另一个途径就是用 Thread 类直接创建线程对象。使用 Thread 创建线程通常使用的构造方法是：Thread(Runnable target) 该构造方法中的参数是一个 Runnable 类型的接口。在创建线程对象时必须向构造方法的参数传递一个实现 Runnable 接口类的实例，该实例对象称作所创
8、线程的目标对象，当线程调用 start()方法后，一旦轮到它来享用 CPU 资源，目标对象就会自动调用接口中的 run()方法（接口回调） 。例子 2(Example12_2.java, ElephantTarget.java , CarTarget.java )和前面的例子 1 不同，不使用Thread 类的子类创建线程，而是使用 Thread 类创建 speakElephant 和 speakCar 线程，请读者注意比较例子 1 和例子 2 的细微差别。 122014/1/20第 13 页线程间可以共享相同的内存单元（包括代码与数据） ，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
9、步操作。 例子 3(Example12_3.java , House.java )中使用 Thread 类创建两个模拟猫和狗的线程，猫和狗共享房屋中的一桶水，即房屋是线程的目标对象，房屋中的一桶水被猫和狗共享。猫和狗轮流喝水（狗喝的多，猫喝的少） ，当水被喝尽时，猫和狗进入死亡状态。猫或狗在轮流喝水的过程中，主动休息片刻（让 Thread 类调用 sleep(int n)进入中断状态） ，而不是等到被强制中断喝水。 132014/1/20第 14 页12.3.3 目标对象与线程的关系 从对象和对象之间的关系角度上看，目标对象和线程的关系有以下两种情景。1.目标对象和线程完全解耦目标对象没有组合
10、线程对象.目标对象经常需要通过获得线程的名字（因为无法获得线程对象的引用）以便确定是哪个线程正在占用 CPU 资源，即被 JVM 正在执行的线程。2.目标对象组合线程（弱耦合）目标对象可以组合线程.目标对象类组合线程对象时， 目标对象可以通过获得线程对象的引用.例子 4 中(Example12_4.java , House.java )，线程 cat 和 dog 在 House 中，请注意例子 4与例子 3 的区别 .142014/1/20第 15 页12.3.4 关于 run()方法启动的次数 对于具有相同目标对象的线程，当其中一个线程享用 CPU 资源时，目标对象自动调用接口中的 run
11、方法，这时，run 方法中的局部变量被分配内存空间，当轮到另一个线程享用CPU 资源时，目标对象会再次调用接口中的 run 方法，那么， run()方法中的局部变量会再次分配内存空间。也就是说 run()方法已经启动运行了两次，分别运行在不同的线程中，即运行在不同的时间片内。 152014/1/20第 16 页12.4 线程的常用方法 1 start() ： 线程调用该方法将启动线程，使之从新建状态进入就绪队列排队，一旦轮到它来享用 CPU 资源时，就可以脱离创建它的线程独立开始自己的生命周期了。2run(): Thread 类的 run()方法与 Runnable 接口中的 run()方法的
12、功能和作用相同，都用来定义线程对象被调度之后所执行的操作，都是系统自动调用而用户程序不得引用的方法。 3 sleep(int millsecond): 优先级高的线程可以在它的 run()方法中调用 sleep 方法来使自己放弃 CPU 资源，休眠一段时间。 4 isAlive(): 线程处于“新建”状态时，线程调用 isAlive()方法返回 false。在线程的 run()方法结束之前，即没有进入死亡状态之前，线程调用 isAlive()方法返回 true。5currentThread():该方法是 Thread 类中的类方法，可以用类名调用，该方法返回当前正在使用 CPU 资源的线程。
13、6interrupt() ：一个占有 CPU 资源的线程可以让休眠的线程调用 interrupt()方法“吵醒”自己，即导致休眠的线程发生 InterruptedException 异常，从而结束休眠，重新排队等待 CPU 资源。162014/1/20第 17 页例子 5(Example12_5.java , Home.java )中一个线程每隔 1 秒钟在命令行窗口输出本地机器的时间，在 3 秒钟后，该线程又被分配了实体，新实体又开始运行。因为垃圾实体仍然在工作，因此，在命令行每秒钟能看见两行同样的本地机器时间.运行效果如图 12.7。 172014/1/20第 18 页例子 6(Examp
14、le12_6.java , ClassRoom.java )中，有两个线程：student 和 teacher，其中student 准备睡一小时后再开始上课， teacher 在输出 3 句“上课”后，吵醒休眠的线程student。运行效果如图 12.8。 182014/1/20第 19 页12.5 线程同步 在处理多线程问题时，我们必须注意这样一个问题：当两个或多个线程同时访问同一个变量，并且一个线程需要修改这个变量。我们应对这样的问题作出处理。在处理线程同步时，要做的第一件事就是要把修改数据的方法用关键字 synchronized来修饰。所谓线程同步就是若干个线程都需要使用一个 synch
15、ronized 修饰的方法。例子 7(Example12_7.java , Bank.java )中有两个线程：会计和出纳，他俩共同拥有一个帐本 .程序要保证其中一人使用 saveOrTake(int amount)时，另一个人将必须等待，即saveOrTake(int amount)方法应当是一个 synchronized 方法。程序运行效果如图 12.9 . 192014/1/20第 20 页12.6 协调同步的线程 wait()方法可以中断方法的执行，使本线程等待，暂时让出 CPU 的使用权，并允许其它线程使用这个同步方法。notifyAll()方法通知所有的由于使用这个同步方法而处于等
16、待的线程结束等待。曾中断的线程就会从刚才的中断处继续执行这个同步方法，并遵循“先中断先继续”的原则。notify()方法只是通知处于等待中的线程的某一个结束等待。 例子 8(Example12_8.java, TicketHouse.java )模拟两个人，张飞和李逵买电影票。售票员只有两张五元的钱，电影票 5 元钱一张。张飞拿二十元一张的人民币排在李逵的前面买票，李逵拿一张 5 元的人民币买票。因此张飞必须等待（李逵比张飞先买了票） 。程序运行效果如图 12.10。 202014/1/20第 21 页12.7 线程联合 一个线程 A 在占有 CPU 资源期间,可以让其它线程调用 join()
17、和本线程联合,如：B.join();称 A 在运行期间联合了 B。如果线程 A 在占有 CPU 资源期间一旦联合 B 线程，那么 A 线程将立刻中断执行，一直等到它联合的线程 B 执行完毕，A 线程再重新排队等待 CPU 资源，以便恢复执行。如果 A 准备联合的 B 线程已经结束，那么 B.join()不会产生任何效果。例子 9(Example12_9.java , ThreadJoin.java )使用线程联合模拟顾客等待蛋糕师制作蛋糕，程序运行效果如图 12.11 . 212014/1/20第 22 页12.8 GUI 线程 当 Java 程序包含图形用户界面（GUI）时，Java 虚拟机
18、在运行应用程序时会自动启动更多的线程，其中有两个重要的线程：AWT-EventQuecue 和 AWT-Windows。AWT-EventQuecue 线程负责处理 GUI 事件，AWT-Windows 线程负责将窗体或组件绘制到桌面。JVM 要保证各个线程都有使用 CPU 资源的机会，比如，程序中发生 GUI 界面事件时，JVM就会将 CPU 资源切换给 AWT-EventQuecue 线程，AWT-EventQuecue 线程就会来处理这个事件，比如，你单击了程序中的按钮，触发 ActionEvent 事件，AWT-EventQuecue 线程就立刻排队等候执行处理事件的代码 222014
19、/1/20第 23 页例子 10(Example12_10.java , WindowTyped.java )是训练用户寻找键盘上的字母的快速能力。一个线程 giveLetter 负责每隔 3 秒给出一个英文字母，用户需要在文本框中输入这个英文字母，按回车确认。当用户按回车键时，将触发 ActionEvent 事件，那么 JVM 就会中断giveLetter 线程，把 CUP 的使用权切换给 WT-EventQuecue 线程，以便处理 ActionEvent 事件。程序运行效果如图 12.12。232014/1/20第 24 页例子 11(Example12_11.java , Win.ja
20、va )中单击 start 按扭线程开始工作：每隔一秒钟显示一次当前时间；单击 stop 按扭后，线程就结束了生命，释放了实体，即释放线程对象的内存 .把一个线程委派给一个组件事件时要格外小心，比如单击一个按扭让线程开始运行，那么当这个线程在执行完 run()方法之前，客户可能会随时再次单击该按扭，这时就会发生ILLegalThreadStateException 异常。程序运行效果如图 12.13 .242014/1/20第 25 页当某些操作需要周期性地执行，就可以使用计时器。我们可以使用 Timer 类的构造方法：Timer(int a, Object b)创建一个计时器，其中的参数 a
21、 的单位是豪秒，确定计时器每隔 a 毫秒“震铃”一次，参数 b 是计时器的监视器。计时器发生的震铃事件是 ActinEvent 类型事件。当震铃事件发生时，监视器就会监视到这个事件，监视器就回调 ActionListener 接口中的 actionPerformed(ActionEvent e)方法。使用 Timer 类的方法 start()启动计时器，即启动线程。使用 Timer 类的方法 stop()停止计时器，即挂起线程，使用 restart()重新启动计时器，即恢复线程 .12.9 计时器线程 例子 12(Example12_12.java, WindowTime.java )中，单击
22、“开始”按钮启动计时器，并将时间显示在文本框中，同时移动文本框在容器中的位置；单击“暂停”按钮暂停计时器；单击“继续”按钮重新启动计时器。程序运行效果如图 12.14。252014/1/20第 26 页一个线程调用 void setDaemon(boolean on)方法可以将自己设置成一个守护（Daemon）线程，例如：thread.setDaemon(true);当程序中的所有用户线程都已结束运行时，即使守护线程的 run 方法中还有需要执行的语句，守护线程也立刻结束运行。例子 13(Example12_13.java , Daemon.java )中有一个守护线程 .12.10 守护线程 262014/1/20第 27 页在电视节目中经常看见主持人提出的问题，并要求考试者在限定时间内回答问题。这里由程序提出问题，用户回答问题。问题保存在 test.txt 中，test.txt 的格式如下：(1)每个问题提供 A、B、C、D 四个选择（单项选择） 。(2)两个问题之间是用减号（-）尾加前一问题的答案分隔（例如：-D-） 。例题 14(Example12_14.java , StandardExamInTime.java )运行效果如图 12.15。 12.11 应用举例 272014/1/20第 28 页28
