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Java给多线程编程提供了内置的支持。一个多线程程序包含两个或多个能并发运行的部分。程序的每一部分都称作一个线程,并且每个线程定义了一个独立的执行路径。
多线程是多任务的一种特别的形式。多线程比多任务需要更小的开销。
这里定义和线程相关的另一个术语:进程:一个进程包括由操作系统分配的内存空间,包含一个或多个线程。一个线程不能独立的存在,它必须是进程的一部分。一个进程一直运行,直到所有的非守候线程都结束运行后才能结束。
多线程能满足程序员编写非常有效率的程序来达到充分利用CPU的目的,因为CPU的空闲时间能够保持在最低限度。
线程经过其生命周期的各个阶段。下图显示了一个线程完整的生命周期。
每一个Java线程都有一个优先级,这样有助于操作系统确定线程的调度顺序。Java优先级在MIN_PRIORITY(1)和MAX_PRIORITY(10)之间的范围内。默认情况下,每一个线程都会分配一个优先级NORM_PRIORITY(5)。
具有较高优先级的线程对程序更重要,并且应该在低优先级的线程之前分配处理器时间。然而,线程优先级不能保证线程执行的顺序,而且非常依赖于平台。
Java提供了两种创建线程方法:
创建一个线程,最简单的方法是创建一个实现Runnable接口的类。
为了实现Runnable,一个类只需要执行一个方法调用run(),声明如下:
publicvoid run()
你可以重写该方法,重要的是理解的run()可以调用其他方法,使用其他类,并声明变量,就像主线程一样。
在创建一个实现Runnable接口的类之后,你可以在类中实例化一个线程对象。
Thread定义了几个构造方法,下面的这个是我们经常使用的:
Thread(Runnable threadOb,String threadName);
这里,threadOb 是一个实现Runnable 接口的类的实例,并且 threadName指定新线程的名字。
新线程创建之后,你调用它的start()方法它才会运行。
void start();
下面是一个创建线程并开始让它执行的实例:
- // 创建一个新的线程
- class NewThread implements Runnable {
- Thread t;
- NewThread() {
- // 创建第二个新线程
- t = new Thread(this, "Demo Thread");
- System.out.println("Child thread: " + t);
- t.start(); // 开始线程
- }
-
- // 第二个线程入口
- public void run() {
- try {
- for(int i = 5; i > 0; i--) {
- System.out.println("Child Thread: " + i);
- // 暂停线程
- Thread.sleep(50);
- }
- } catch (InterruptedException e) {
- System.out.println("Child interrupted.");
- }
- System.out.println("Exiting child thread.");
- }
- }
-
- public class ThreadDemo {
- public static void main(String args[]) {
- new NewThread(); // 创建一个新线程
- try {
- for(int i = 5; i > 0; i--) {
- System.out.println("Main Thread: " + i);
- Thread.sleep(100);
- }
- } catch (InterruptedException e) {
- System.out.println("Main thread interrupted.");
- }
- System.out.println("Main thread exiting.");
- }
- }
编译以上程序运行结果如下:
- Child thread: Thread[Demo Thread,5,main]
- Main Thread: 5
- Child Thread: 5
- Child Thread: 4
- Main Thread: 4
- Child Thread: 3
- Child Thread: 2
- Main Thread: 3
- Child Thread: 1
- Exiting child thread.
- Main Thread: 2
- Main Thread: 1
- Main thread exiting.
创建一个线程的第二种方法是创建一个新的类,该类继承Thread类,然后创建一个该类的实例。
继承类必须重写run()方法,该方法是新线程的入口点。它也必须调用start()方法才能执行。
- // 通过继承 Thread 创建线程
- class NewThread extends Thread {
- NewThread() {
- // 创建第二个新线程
- super("Demo Thread");
- System.out.println("Child thread: " + this);
- start(); // 开始线程
- }
-
- // 第二个线程入口
- public void run() {
- try {
- for(int i = 5; i > 0; i--) {
- System.out.println("Child Thread: " + i);
- // 让线程休眠一会
- Thread.sleep(50);
- }
- } catch (InterruptedException e) {
- System.out.println("Child interrupted.");
- }
- System.out.println("Exiting child thread.");
- }
- }
-
- public class ExtendThread {
- public static void main(String args[]) {
- new NewThread(); // 创建一个新线程
- try {
- for(int i = 5; i > 0; i--) {
- System.out.println("Main Thread: " + i);
- Thread.sleep(100);
- }
- } catch (InterruptedException e) {
- System.out.println("Main thread interrupted.");
- }
- System.out.println("Main thread exiting.");
- }
- }
编译以上程序运行结果如下:
- Child thread: Thread[Demo Thread,5,main]
- Main Thread: 5
- Child Thread: 5
- Child Thread: 4
- Main Thread: 4
- Child Thread: 3
- Child Thread: 2
- Main Thread: 3
- Child Thread: 1
- Exiting child thread.
- Main Thread: 2
- Main Thread: 1
- Main thread exiting.
下表列出了Thread类的一些重要方法:
序号 | 方法描述 |
---|---|
1 | public void start() 使该线程开始执行;Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。 |
2 | public void run() 如果该线程是使用独立的 Runnable 运行对象构造的,则调用该 Runnable 对象的 run 方法;否则,该方法不执行任何操作并返回。 |
3 | public final void setName(String name) 改变线程名称,使之与参数 name 相同。 |
4 | public final void setPriority(int priority) 更改线程的优先级。 |
5 | public final void setDaemon(boolean on) 将该线程标记为守护线程或用户线程。 |
6 | public final void join(long millisec) 等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。 |
7 | public void interrupt() 中断线程。 |
8 | public final boolean isAlive() 测试线程是否处于活动状态。 |
测试线程是否处于活动状态。 上述方法是被Thread对象调用的。下面的方法是Thread类的静态方法。
序号 | 方法描述 |
---|---|
1 | public static void yield() 暂停当前正在执行的线程对象,并执行其他线程。 |
2 | public static void sleep(long millisec) 在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠(暂停执行),此操作受到系统计时器和调度程序精度和准确性的影响。 |
3 | public static boolean holdsLock(Object x) 当且仅当当前线程在指定的对象上保持监视器锁时,才返回 true。 |
4 | public static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用。 |
5 | public static void dumpStack() 将当前线程的堆栈跟踪打印至标准错误流。 |
如下的ThreadClassDemo 程序演示了Thread类的一些方法:
- // 文件名 : DisplayMessage.java
- // 通过实现 Runnable 接口创建线程
- public class DisplayMessage implements Runnable
- {
- private String message;
- public DisplayMessage(String message)
- {
- this.message = message;
- }
- public void run()
- {
- while(true)
- {
- System.out.println(message);
- }
- }
- }
- // 文件名 : GuessANumber.java
- // 通过继承 Thread 类创建线程
-
- public class GuessANumber extends Thread
- {
- private int number;
- public GuessANumber(int number)
- {
- this.number = number;
- }
- public void run()
- {
- int counter = 0;
- int guess = 0;
- do
- {
- guess = (int) (Math.random() * 100 + 1);
- System.out.println(this.getName()
- + " guesses " + guess);
- counter++;
- }while(guess != number);
- System.out.println("** Correct! " + this.getName()
- + " in " + counter + " guesses.**");
- }
- }
- // 文件名 : ThreadClassDemo.java
- public class ThreadClassDemo
- {
- public static void main(String [] args)
- {
- Runnable hello = new DisplayMessage("Hello");
- Thread thread1 = new Thread(hello);
- thread1.setDaemon(true);
- thread1.setName("hello");
- System.out.println("Starting hello thread...");
- thread1.start();
-
- Runnable bye = new DisplayMessage("Goodbye");
- Thread thread2 = new Thread(hello);
- thread2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
- thread2.setDaemon(true);
- System.out.println("Starting goodbye thread...");
- thread2.start();
-
- System.out.println("Starting thread3...");
- Thread thread3 = new GuessANumber(27);
- thread3.start();
- try
- {
- thread3.join();
- }catch(InterruptedException e)
- {
- System.out.println("Thread interrupted.");
- }
- System.out.println("Starting thread4...");
- Thread thread4 = new GuessANumber(75);
-
- thread4.start();
- System.out.println("main() is ending...");
- }
- }
运行结果如下,每一次运行的结果都不一样。
- Starting hello thread...
- Starting goodbye thread...
- Hello
- Hello
- Hello
- Hello
- Hello
- Hello
- Hello
- Hello
- Hello
- Thread-2 guesses 27
- Hello
- ** Correct! Thread-2 in 102 guesses.**
- Hello
- Starting thread4...
- Hello
- Hello
- ..........remaining result produced.
在多线程编程时,你需要了解以下几个概念:
有效利用多线程的关键是理解程序是并发执行而不是串行执行的。例如:程序中有两个子系统需要并发执行,这时候就需要利用多线程编程。
通过对多线程的使用,可以编写出非常高效的程序。不过请注意,如果你创建太多的线程,程序执行的效率实际上是降低了,而不是提升了。
请记住,上下文的切换开销也很重要,如果你创建了太多的线程,CPU花费在上下文的切换的时间将多于执行程序的时间!