复习 Java 多线程编程

 

 

很多时候程序需要用到多线程编程。学习固然重要，但是大多数时候，只有实战才可以提高自己的编程能力。3GEYE+ph8` lO
所以要经常复习旧知识。3GEYEB7\I}m$R

'kk;O"B$e!}\3

一、简介

1、什么是线程3GEYE.O)O`'e{&Ve9`z0O

要说线程，就必须先说说进程，进程就是程序的运行时的一个实例。线程呢可以看作单独地占有CPU时间来执行相应的代码的。对早期的计算机（如DOS）而 言，线程既是进程，进程既是进程，因为她是单线程的。当然一个程序可以是多线程的，多线程的各个线程看上去像是并行地独自完成各自的工作，就像一台一台计 算机上运行着多个处理机一样。在多处理机计算机上实现多线程时，它们确实可以并行工作，而且采用适当的分时策略可以大大提高程序运行的效率。但是二者还是 有较大的不同的，线程是共享地址空间的，也就是说多线程可以同时读取相同的地址空间，并且利用这个空间进行交换数据。

2、为什么要使用线程

　 　为什么要使用多线程呢？学过《计算机体系结构》的人都知道。将顺序执行程序和采用多线程并行执行程序相比，效率是可以大大地提高的。比如，有五个线程 thread1, thread2, thread3, thread4, thread5，所耗的CPU时间分别为4，5，1，2，7。（假设CPU轮换周期为4个CPU时间，而且线程之间是彼此独立的）顺序执行需要花费19个 CPU时间，而并行需要的时间肯定少于19个CPU时间，至于具体多少时间要看那些线程是可以同时执行的。这是在非常小规模的情况下，要是面对大规模的进 程之间的交互的话，效率可以表现得更高。

3、java中是如何实现多线程的

　　与 其他语言不一样的是，线程的观念在java是语言中是重要的，根深蒂固的，因为在java语言中的线程系统是java语言自建的， java中有专门的支持多线程的API库，所以你可以以最快的速度写一个支持线程的程序。在使用java创建线程的时候，你可以生成一个Thread类或 者他的子类对象，并给这个对象发送start()消息（程序可以向任何一个派生自 Runnable 接口的类对象发送 start() 消息的），这样一来程序会一直执行，直到run返回为止，此时该线程就死掉了。

在java语言中，线程有如下特点：

　　§ 在一个程序中而言，主线程的执行位置就是main。而其他线程执行的位置，程序员是可以自定义的。值得注意的是对Applet也是一样。3GEYE-~sh3Qd0X p
　　§ 每个线程执行其代码的方式都是一次顺序执行的。3GEYE1Nj{
D5p mg
　　§ 一个线程执行其代码是与其他线程独立开来的。如果诸线程之间又相互协作的话，就必须采用一定的交互机制。3GEYE'B2N&]u.o
　　§ 前面已经说过，线程是共享地址空间的，如果控制不当，这里很有可能出现死锁。

　 　各线程之间是相互独立的，那么本地变量对一个线程而言就是完全独立，私有的。所以呢，线程执行时，每个线程都有各自的本地变量拷贝。对象变量 (instance variable)在线程之间是可以共享的，这也就是为什么在java中共享数据对象是如此的好用，但是java线程不能够武断地访问对象变量：他们是需 要访问数据对象的权限的。

 
6v�h-j7L+]v u$bQ3

二、准备知识

　　在分析这个例子之前，然我们先看看关于线程的几个概念，上锁，信号量，和java所提供的API。

上锁

　 　对于大多数的程序而言，他们都需要线程之间相互的通讯来完成整个线程的生命周期，二实现线程之间同步的最简单的办法就是上锁。为了防止相互关联的两个线 程之间错误地访问共享资源，线程需要在访问资源的时候上锁和解锁，对于锁而言，有读锁，写锁和读写锁等不同的同步策略。在java中，所有的对象都有锁； 线程只需要使用synchronized关键字就可以获得锁。在任一时刻对于给定的类的实例，方法或同步的代码块只能被一个线程执行。这是因为代码在执行 之前要求获得对象的锁。

信号量

　　通常情况下，多个线程所访问为数不多的资源，那 怎么控制呢？一个比较非常经典而起非常简单的办法就是采用信号量机制。信号量机制的含义就是定义一个信号量，也就是说能够提供的连接数；当有一个线程占用 了一个连接时，信号量就减一；当一个线程是放了连接时，信号量就加一。采用这种方法就可以简单有效地控制线程的同步问题，而且实现起来也特别方便。看下面 的代码：

class Semaphore {3GEYEp+d2jv xf�e%u
private int count;
0{;\-Je Q3public Semaphore(int count) {3GEYEv&R
mzLa�mZ
this.count = count;
Whs)D+bhf3}3GEYEA7FG2| SD `Ge
3GEYEkc v{v,N"x$o
public synchronized void acquire() {3GEYE J~Ri:D m0E ?
while(count == 0) {
(G
{y jm8a5b3try {
2k c0mpa XvA
K3Q0h3wait();
1?BG
AN3} catch (InterruptedException e) {3GEYE"n&EL!e-G&YA�u
//keep trying
Z,W&xGO*t3}3GEYEj8s:E�~T-j7}m
}3GEYEM%BnM$|5G6j\J
count--;
d(u$})k,g3}
rjgN.^Ze0u%t/s3
1v3~s4gA3public synchronized void release() {3GEYEJ6^&kc2oi-T.Z*o
count++;
zX2X8?o+x3notify(); //alert a thread that´s blocking on this semaphore3GEYE/C9bK2tN
}3GEYE'd{0XS H
}

java中提供了哪些api以编写多线程程序

　　这里只列出几个常用的方法和属性值。3GEYE!lV:D nqKO5@U*}
　　属性值，有三个MAX_PRIORITY，MIN_PRIORITY，NORM_PRIORITY

　　方法：

Thread(); //建立一个线程3GEYE;_.X"Q*IW6s6X�A
void run(); //对于一个继承了Runnable接口的class而言，3GEYE&f#_@.^'g$X7\a
//他运行一个线程,否着他什么都不做
+J^t [6@S:i9pq3void setPriority(int newPriority); //设置优先级
v'mq{p5g.W&M3void start(); //运行一个程序
2?;vmsDr#UL6K3void sleep(long millis); //线程睡眠millis毫秒
)r(g$fio3static void yield(); //临时pause一个程序以便起他线程运行

J['p}
vL&Z;J"k&g3

三、程序示例

　　例一、

　　让我们看看下面的例子。取钱的流程是输入密码，然后确定要取得金额，如果所取的金额小于或等于可以取出的金额，WITHDRAW则返回TRUE，然后ATM机出钱，然后打印清单；否则返回FALSE，然后打印清单。如下图：

public class AutomatedTellerMachine extends Teller {3GEYE4E5A trl5]$Ox"w1w
public void withdraw(float amount) {
)S1jf0Qe.N#jQ3Account a = getAccount();
*@y2}!| P\ _3if (a.deduct(amount))3GEYEz5ah+A%r%x5C
dispense(amount);3GEYE\Jj Z*i ?-S]4j0[P
printReceipt();3GEYEE x {3R�c2El.]
}3GEYE| Eum#}H
}
1F~8D5H(O8E5Jl3
7dIh$A$Z&kl7C2}~3public class Account {
b+g�M5M$`k8Z(Ps3private float total;3GEYE]"P5d3SA�pH{
public boolean deduct(float t) {3GEYE*b+^E#|1mc4s
if (t <= total) {
9}:~0L~(LqzHY3total -= t;3GEYE\`OB1@9Hj|
return true;
j"M BwF8I.yZf3}
Sq$l,L&e9F
OQ3return false;
(_/_.T(o r7W3}3GEYEnJX6b Qx0O.o
}

　 　就这个例子而言，假设有这种情况，对同一个账号可以在不同的地方取钱，在同一时间，不同地点，妻子和丈夫取钱，妻子输入了账号上的最大金额，丈夫也是一 样，假如妻子输入后已经得到true的返回值，但是丈夫的线程所得到的值还没有更新，这样丈夫也能够得到true的返回值，这样就出现了问题！这个问题怎 么解决呢？在java里面提供了控制机制以保证deduct操作时的原子性，那就是关键字synchronized。

　　在Account的deduct方法加入synchronized就可以解决这个问题。

　　例二、

　　在这里我们用多线程中最典型的例子，生产者与消费者问题。在这个例子里面我们定义了生产者Producer，消费者Consumer和仓库Warehouse三个类，在整个程序的生命周期里，生产者随机地制造出产品放到仓库中，消费者也是随即地从仓库中取出产品。

import exception.ProducerConsumerException;
+Ef#eO:r NW;`3
?R6~'H;O3/**
*_|5xUkZ6si1B3* Consumer.java3GEYE;h J%zGE1fX
* Consumer3GEYEmS$bVSQ
* By: Jiabo3GEYE&o4i0k_:D+I'M9mc7q+f;p
* Date: Mar 21, 2004
-E6~1i Y s7CT3* Time: 2:47:58 PM
;E8c;~&J&yf^3*/3GEYE~C*V)o8M
ysB
public class Consumer extends Thread {
{'d7Wc4a:b@3k d3
S|#B v!M3p^3private Warehouse warehouse;3GEYE$ZO9Q*co Z
Gt
private String id;
'I)c%Vk
i/DN;d3
#D,B7BU1yr6P M3public Consumer(Warehouse warehouse, String id) {3GEYE:Z4hh%qSQ M;j
this.warehouse = warehouse;3GEYEUi)_/]$IYP
this.id = id;3GEYE*H-b-?0hb%K%u
}3GEYE{mHfk
3GEYEc]#Y#Z%mkkn9Q
public void run() {3GEYE`[j T/\1@?o

5\5y�o"q N'M~|WJW3M3int tmp = (int) Math.random() * 10;
k*G/K(i
N0F^3b+v33GEYEj*Z+KB*uGT
try {
'{e v%zn iDb3warehouse.get(tmp);
R:Drj)Y?&F(F.C7q3System.out.println("Consumer # " + this.id + " get " + tmp);
S7I`/vVUU3} catch (ProducerConsumerException e) {
Mw j2[8M%h Q3e.printStackTrace();
DfN9qXM3}3GEYE#co/t.p9]]h#I

ZS'\({x|
C%j ]8@3try {3GEYE|x)hI&h kE xd)O
sleep((int) (Math.random() * 100));3GEYE;P.m d]9J4O}!Pt
} catch (InterruptedException e) {
6i R3z#? QU-MQ s3e.printStackTrace();
]1e[1c-c3}
%s["Pyi0e8W3}
&v2d-YQ!\,S3}

　　在这个类中，值得注意的一点是run方法中必须使用try-catch，因为，消费者从仓库中取东西时有可能诸如仓库中的储量不够得异常，在消费者里面也是一样，只不过异常变为仓库已满。

import exception.*;3GEYE%P)[-x(o*R�bn4h4mD }

,Bt'cSD*HPr/~x3/**
XmNL1[J:aO3* Producer.java3GEYE7@$ApO {�YY
* Producer3GEYEg)nO+T[;K X\d]
* By: Jiabo
]1m].w:n1s;a#`3* Date: Mar 21, 20043GEYEymEK3b*V%E
* Time: 2:47:45 PM
hYA9J*i`B3*/3GEYE7Rr*CjY'aP
public class Producer extends Thread {
\#pV O(}:JMw%Z33GEYE/ym
f]@)\
j
private Warehouse warehouse;
q1p b*B7S9b6m3private String id;
%l;sC:io9b(c,\3
&LG+{K.T+D3public Producer(Warehouse warehouse, String id) {3GEYE)hq\&gyG
this.warehouse = warehouse;
,f*@d/} B3A1Ddb3this.id = id;
yqD Z:h2h3}3GEYE.m Bu4i8fU2~"n
3GEYE8U$KV|pcW
public void run() {3GEYEs:jyG]9~h:x~
3GEYE,`-G
u-Nz uIY
int tmp = (int) Math.random() * 10;
2p'g.\)z^D3Mf!n rT33GEYE8Ws \ln@]/tg A C
if (tmp != 0) {3GEYEz3]V]
G5j;v'iv
try {3GEYET{3pi~S7O7Z
warehouse.put(tmp);
)cA3T_`h!M3System.out.println("Consumer # " + this.id + " put " + tmp);3GEYE2P~+i)Uo%p
} catch (ProducerConsumerException e) {
?hL_"zxn,H%cE y*F3e.printStackTrace();3GEYE%lA,lMz*WJ
}3GEYE4L"eE;z.w(i
yd5f
}
D.jc&d j0^c+u*\33GEYE
r`kvo�{
try {
)yEAMt{H9C3sleep((int) (Math.random() * 100));
#Mf'Y+|j~WK t3} catch (InterruptedException e) {
M6y9E!]5A ff$oi3e.printStackTrace();
@ @"AWL%a3}
Ls1Worh&y4}3}3GEYE S![/n'k A A
}

　　最重要的一部分在Warehouse类，如上所说为了保证get何set的原子性，在这里使用了synchronized关键字，并且在操作时抛出了可能跑出的异常。

import exception.*;
0Nh2@+w$L�S33GEYE-m#w/O
Tf;@eu
/**3GEYE9\VeF7q4Tqw
* Warehouse
\ r6Zd ~3zgJYP3* By: Jiabo
0w5l7Z@%H;t9[W vz"C3* Date: Mar 21, 20043GEYE9X*\1UE
|Y+JrW
* Time: 2:48:10 PM
p%S0el(gyML H3*/
5X9OTx[ T4X3public class Warehouse {3GEYE�a�f!of F

$Rd)PM"uV$s `Fy3// max capability of the warehouse
n$NCXA1mU3private int MAX;
5k|~ `_k.d#J3private int contents;
|1c,GHj(p9X3L5{33GEYE.S1X/leg2eQ
// init with max capacity3GEYE}"P `n/P1U
public Warehouse(int max) {
%?0`(R[?
Zrn�UB3this.MAX = max;3GEYEd)bA(~[ wT1Gi
this.contents = 0;
2@%d*l1A9_ |3}
w2fUALX33GEYEVjG0? a\P
public synchronized void get(int amount) throws ProducerConsumerException {
YFM9F"nB
n7XN33GEYExoN6N*L,y8n
// the amount you want to get is bigger than the contends that the warehouse stores3GEYE~.[ xGQ'I8j
if (amount > this.contents) {
]mn2W&e2D3mO"U3throw new NotEnoughGoodsException();
"MZKU ~1[d�}3}3GEYExt3FbrW-X6H)\X

] UX7t3d3H3amount -= contents;
~df"fs[[(^0N3}
gR(~#x/|6}r
o3
-qi�E4p4z$H4P3public synchronized void put(int amount) throws ProducerConsumerException {
0Y
A)a*Yc'k7Xo33GEYEts+Z)R"zvG,\fH
// the amount you want to put is out of the capability of the warehouse
n3v.l�nR_)g3if (amount > (this.MAX - this.contents)) {3GEYE |:BB2GX-dJ9LN
throw new WarehouseFullException();3GEYE;i4nguWeJi2x-b
} else if (this.contents == 0) {3GEYE4T&LP5n#T%AWA7o
// warehouse is empty3GEYE`ig4i X+z�oRC$X
throw new WarehouseEmptyException();
*W!h2]7lw\3}
;MD'IBNOrU7rG.w:M3
#p)B}t.h]Z\U3amount += contents;3GEYE!r
O3@R|2Ay1l!|
}
)ub,h&}VS(Co1v3}

致谢：

　　非常感谢挚友eflyer在病中为本文的部分程序提出了宝贵建议，在此表示诚挚的谢意。

参考：

§http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/java/j-thread/index.shtml
2o5VS$K)m,~5x3§ Java Threads, 2nd edition Scott Oaks & Henry Wong 2nd Edition January 1999 ISBN: 1-56592-418-5, 332 pages

http://www.3geye.net/?3/viewspace-3280