第13章龟兔赛跑――多线程

第13章龟兔赛跑——多线程能力目标：理解多线程、掌握线程的创建、启动、运行等方法。掌握线程优先级及其设置方法。理解线程状态，线程中断和线程同步等概念。能使用多线程编写龟兔赛跑程序和生产者消费者程序。/内容介绍13.1任务预览13.2程序、进程与线程13.3多线程13.4线程类Thread13.5线程同步与互斥13.6本章小结13.7实训13：龟兔赛跑、生产者与消费者/13.1任务预览本章实训程序运行结果：/13.2程序、进程与线程程序，是代码，是静态的。进程，是程序在计算机上的一次运行过程，进程是动态的。线程也是动态的，是比进程更小的概念，它是进程（程序运行过程）的一条执行路线。Java语言拥有多线程机制。java.lang包提供线程类Thread，只要定义继承Thread类的子类，并重写线程运行方法run。线程类的每一个对象都是一个线程，通过start方法启动。/【例13-1】编写龟兔赛跑多线程程序，设赛跑长度为100米，每跑完10米输出一次结果。classAnimalextendsThread{//线程类publicAnimal(Stringname){//构造方法，参数是线程名super(name);}publicvoidrun(){//线程运行方法for(inti=0;i=100;i+=10){if(this.getName().equals(乌龟)){System.out.println(\t\t乌龟跑了+i+米);}else{System.out.println(this.getName()+跑了+i+米);}try{Thread.sleep((long)(Math.random()*1000));}//休眠不超过1秒catch(InterruptedExceptione){}}}}/续例13-1publicclassExample1{//运行主类publicstaticvoidmain(String[]args){Animalrabbit=newAnimal(兔子);//线程(对象)1Animaltortoise=newAnimal(乌龟);//线程(对象)2rabbit.start();//启动线程1tortoise.start();//启动线程2}}/13.3多线程13.3.1构建Thread子类对象（1）编写Thread子类，即线程类，格式：class线程类名称extendsThread{...publicvoidrun(){...}//线程运行方法}如：classAnimalextendsThread{...}（2）构建线程对象。如：Animalrabbit=newAnimal(兔子);//线程(对象)1Animaltortoise=newAnimal(乌龟);//线程(对象)2（3）调用线程对象的start方法启动线程。如：rabbit.start();//启动线程1tortoise.start();//启动线程2注：主类main方法也是一条独立的执行路线（线程）。/13.3.2用实现Runnable接口的对象构建Thread对象（1）编写实现Runnable接口的类，格式：class类名extends父类implementsRunnable{...publicvoidrun(){...}//线程运行方法}（2）构建实现Runnable接口类的对象。如：newAnimal2(兔子“)newAnimal2(乌龟)（3）使用上述对象作参数，构造Thread对象。如：Threadrabbit=newThread(newAnimal2(兔子));Threadtortoise=newThread(newAnimal2(乌龟（4）最后调用start方法启动线程。/【例13-2】采用实现Runnable接口的方法编写龟兔赛跑多线程程序，功能与例13-1完全一样。classAnimal2implementsRunnable{privateStringname;publicAnimal2(Stringname){this.name=name;}publicStringgetName(){returnname;}publicvoidrun(){//线程运行方法for(inti=0;i=100;i+=10){if(this.getName().equals(乌龟)){System.out.println(\t\t乌龟跑了+i+米);}else{System.out.println(this.getName()+跑了+i+米);}try{Thread.sleep((long)(Math.random()*1000));}catch(InterruptedExceptione){}}}}…Threadrabbit=newThread(newAnimal2(兔子));Threadtortoise=newThread(newAnimal2(乌龟));rabbit.start();tortoise.start();…/13.4线程类Thread13.4.1Thread类构造方法及线程名称Thread类的类头声明：publicclassThreadextendsObjectimplementsRunnable每个线程对象都有名称，如果没有在构造方法中指定，则按“Thread-”+n的形式自动命名，也可用setName(Stringname)方法设定。常用构造方法：（1）Thread()。自动起名，用方法getName()获取线程名。（2）Thread(Stringname)：要指定线程名作参数。（3）Thread(Runnabletarget)：也是自动起名。（4）Thread(Runnabletarget,Stringname)。/13.4.2线程优先级与Thread相关字段线程有10个优先级，从高至低分别是10、9、…、1。中间级为5，它是线程默认的优先级。Thread类有3个关于优先级的整型静态常量字段：（1）MAX_PRIORITY：最大优先级，值是10。（2）MIN_PRIORITY：最小优先级，值是1。（3）NORM_PRIORITY，普通优先级，值是5。方法setPriority(intnewPriority)用于设置线程优先级，方法getPriority()用于获取线程优先级。/【例13-3】改进例13-1的龟兔赛跑程序，通过改变优先级，并减掉休眠时间，使得乌龟以迅雷不及掩耳的速度跑完100米。classAnimal3extendsThread{publicAnimal3(Stringname){super(name);}publicvoidrun(){for(inti=0;i=100;i+=10){if(this.getName().equals(乌龟)){…(\t\t乌龟跑了+i+米);}else{…(this.getName()+跑了+i+米);}}}}…Animal3rabbit=newAnimal3(兔子);rabbit.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);Animal3tortoise=newAnimal3(乌龟);tortoise.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);rabbit.start();tortoise.start();…/13.4.3线程生命周期与线程状态线程生存期间，存在6种状态：（1）NEW：新建状态。（2）RUNNABLE：运行状态，（3）BLOCKED：阻塞状态，（4）WAITING：等待状态，（5）TIMED_WAITING：定时等待状态，（6）TERMINATED：终止（死亡）状态，它们都是枚举常量，定义在Thread类嵌套枚举类型State。线程新建状态就表示为Thread.State.NEW，线程运行状态表示为Thread.State.RUNNABLE，等。线程运行过程中状态通过调用getState方法来获取。注：阻塞、等待和定时等待这3种可归纳为暂停状态，因此线程的状态又划分为新建、运行、暂停和死亡这4种状态。此外，线程还有一种称为“就绪”的状态，万事俱备，只欠CPU。为简单起见，就绪状态被纳入到运行状态中。线程是有生命，还可通过执行线程方法isAlive来判断。/13.4.4线程其它方法（1）currentThread：静态的获取当前正在执行线程对象引用方法。（2）sleep：静态线程休眠方法。调用休眠方法必须处理中断异常。（3）interrupt：中断（中途打断）线程方法。（4）activeCount：静态的当前活动线程数方法来自根类Object的与线程有关方法：Wait：等待方法。Notify：通知方法，这两个方法配套使用。notifyAll：通知所有等待线程方法。/【例13-4】编写兔子休眠后被乌龟中断（吵醒）的多线程程序。classAnimal4implementsRunnable{Threadrabbit,tortoise;publicAnimal4(){rabbit=newThread(this,兔子);tortoise=newThread(this,乌龟);}publicvoidrun(){//线程运行方法if(Thread.currentThread()==rabbit){try{System.out.println(兔子正在睡大觉...);rabbit.sleep(1000*60*2);//兔子休眠2小时}catch(InterruptedExceptione){System.out.println(兔子被叫醒);System.out.println(兔子开始跑步...);}}elseif(Thread.currentThread()==tortoise){System.out.println(乌龟大叫：跑步去！);rabbit.interrupt();//中断(吵醒)兔子线程System.out.println(乌龟开始跑步...);}}}/续13-4…ThreadmainThread=Thread.currentThread();Stringname=mainThread.getName();…(程序刚开始运行时的线程名：+name);…(name+线程状态：+mainThread.getState());…(当前活动线程数：+Thread.activeCount());Animal4animal=newAnimal4();…(兔子线程状态：+animal.rabbit.getState());…(乌龟线程状态：+animal.tortoise.getState());animal.rabbit.start();…(兔子线程状态：+animal.rabbit.getState());animal.tortoise.start();…(乌龟线程状态：+animal.tortoise.getState());…(当前活动线程数：+Thread.activeCount());…/13.5线程同步与互斥13.5.1同步关键字synchronized临界资源：在某一时刻只能独占使用（互斥）、在不同时刻又允许多人共享的资源。例子：公司的银行账户，由公司授权多人存、取钱，但每次只允许一个人存取。手机等产品，先由生产者生产，后才卖给消费者，一个产品不能同时处于生产和消费中。线程的同步和互斥：处理临界资源，涉及多线程之间相互协作（步骤协调）。synchronized修饰的方法，犹如对临界资源加“锁”，令方法执行过程对临界资源进行“同步”（协同好步骤）操作。synchronized还可直接锁定一个临界资源，语法：synchronized(临界资源对象){操作代码}/【例13-5】编写对银行账户临界资源的进行同步操作的多线程程序。classAccount{//银行账户(临界资源)类privat