1、 http:/磨砺营 IT 教育版权所有本文通过实现多线程的龟兔赛跑、多个用户安全存取一个账户及实现生产者和消费者问题来讲述线程的基础知识、线程控制的常用方法、线程同步知识、线程间通信相关内容。目录入下：、线程基础1.1 进程与线程1.2 线程分类1.3 多线程的优势、线程控制2.1 线程的创建和启动2.2 线程的状态2.3 线程调度、线程同步3.1 线程同步的必要性3.2 线程同步的实现3.3 死锁、线程间通信4.1 线程间通信的必要性4.2 线程间通信的实现一、线程基础1.1 进程和线程 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
2、http:/磨砺营 IT 教育版权所有 进程的特点 动态性 并发性 独立性 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 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1.2 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1.3 多
3、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http:/磨砺营 IT 教育版权所有二、线程控制2.1 线程的创建和启动 两种方法来创建线程 继承 Java.lang.Thread 类，并覆盖 run() 方法class MyThread extends Thread public void run( ) /* 覆盖该方法*/ 实现 Java.lang.Runnable 接口，并实现 run() 方法class MyThread
4、 implements Runnablepublic void run( ) /* 实现该方法*/ 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MyThread t = new MyThread ();t.start(); 启动实现 Runnable 接口的线程MyThread mt = new MyThread ();http:/磨砺营 IT 教育版权所有Thread t = new Thread(mt);t.start();演示示例：创建和启动多线程 1继承 Java.lang.Thread 类public class Threa
5、dDemo1 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“);Java 程序启动时，会立刻创建主线程，main 就是在这个线程上运行。当不再产生新线程时，程序是单线程的http:/磨砺营 IT 教育版权所有演示示例：创
6、建和启动多线程 2 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，
7、再接再厉“);http:/磨砺营 IT 教育版权所有 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Thread 类的常用方法方 法 功 能static ThreadcurrentThread()得到当前线程final String getName( )返回线程的名称final void 将线程的名称设置为由 name 指定的名称 htt
8、p:/磨砺营 IT 教育版权所有setName(String name)void start( ) 调用 run( )方法启动线程，开始线程的执行void run( ) 存放线程体代码2.2 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 2.3 线程调度http:/磨砺营 IT 教育版权所有 优先级概述 每个线程执行时
9、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。 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(Stri
10、ng name) super(name);public void run() for (int i = 0; i = amt) System.out.println(Thread.currentThread().getName()+“准备取款“);http:/磨砺营 IT 教育版权所有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 /
11、 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“);tw
12、o.setName(“张三的妻子“);one.start();http:/磨砺营 IT 教育版权所有two.start();出现了线程安全问题3.2 线程同步的实现 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 http:/磨砺营 IT 教育版权所有 同步方法 演示示例：使用同步代码块实现线程同步public class TestAccount implements Runnable / 所有的用此 TestAccount 对象创建的
13、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
14、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();http:/磨砺营 IT 教育版权所有演示示例：使用同步方法实现线程同步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 Ac
15、count 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Syst
16、em.out.println(“余额不足以支付 “ + Thread.currentThread().getName()+ “ 的取款，余额为 “ + acct.getBalance();http:/磨砺营 IT 教育版权所有3.3 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四、线程间通信4.1 线程间通信的必要性 生产者和消费者问题http:/磨砺营 IT 教育版权所有 假设仓库中只能存放
17、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 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 sync
18、hronized 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）Java 提供了 3 个方法解决线程之间的通信问题方法名 作 用final void wait() 表示线程一直等待，直到其它线程通知void wait(long timeout)线程等待指定毫秒参数的时间final void wait(long timeout,int nanos)线程等待指定毫秒、微妙的时间final void notify() 唤醒一个处于等待状态的线程生 产 者 仓 库 消 费 者生 产 消 费http:/磨砺营 IT 教育版权所有final
19、void notifyAll()唤醒同一个对象上所有调用 wait()方法的线程，优先级别高的线程优先运行4.2、线程间通信的实现/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) try System.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 (Interrupted
20、Exception 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() http:/磨砺营 IT 教育版权所有/ 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 catc
21、h (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;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 =
22、 D; ch+)http:/磨砺营 IT 教育版权所有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 try Thread.sleep(int)(Math.ran
23、dom()*3000); catch (InterruptedException e) http:/磨砺营 IT 教育版权所有e.printStackTrace();ch = s.getShareChar(); / 从仓库中取出产品 while (ch != D);/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();http:/磨砺营 IT 教育版权所有
