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大连交通大学软件学院第12章Java多线程机制配合例子源代码一起使用Java语言程序设计辽宁省教育软件大赛参赛作品第2页2020/4/25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–计时器线程重点和难点–重点：多线程的概念；如何创建多线程–难点：理解多线程机制第3页2020/4/25§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、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。第4页2020/4/25§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。第5页2020/4/25§12.2Java中的线程§12.2.1Java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。第6页2020/4/25§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（JavaVirtualMachine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。第7页2020/4/25§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(intmillsecond)方法，使当前线程进入休眠状。–线程使用CPU资源期间，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。第8页2020/4/25§12.2.3线程的状态与生命周期例子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尽相同,输出结果依赖当前CPU资源的使用情况。第9页2020/4/25§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。第10页2020/4/25§12.3Thread类与线程的创建§12.3.1使用Thread的子类在Java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。第11页2020/4/25§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(Runnabletarget)–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。第12页2020/4/25§12.3.2使用Thread类例题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(intn)进入中断状态），而不是等到被强制中断喝水第13页2020/4/25§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.、第14页2020/4/25§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。第15页2020/4/25§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。2．run():Thread类的run()方法与Runnable接口中的run()方法的功能和作用相同，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(intmillsecond):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。5．currentThread():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。6．interrupt()：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。第16页2020/4/25§12.4线程的常用方法例子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。第17页2020/4/25§12.4线程的常用方法例子6(Example12_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。第18页2020/4/25§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synchronized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(intamount)时，另一个人将必须等待，即saveOrTake(intamount)方法应当是一个synchronized方法。程序运行效果如图12.9.第19页2020/4/25§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。第20页2020/4/25§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()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.第21页2020/4/25§12.8GUI线程当Java程序包含图形用户界面（GUI）时，Java虚拟机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，