天天看點
傳回

Java 多線程程式設計

Java 給多線程程式設計提供了内置的支援。

一條線程指的是程序中一個單一順序的控制流，一個程序中可以并發多個線程，每條線程并行執行不同的任務。

多線程是多任務的一種特别的形式，但多線程使用了更小的資源開銷。

這裡定義和線程相關的另一個術語 - 程序：一個程序包括由作業系統配置設定的記憶體空間，包含一個或多個線程。一個線程不能獨立的存在，它必須是程序的一部分。一個程序一直運作，直到所有的非守護線程都結束運作後才能結束。

多線程能滿足程式員編寫高效率的程式來達到充分利用 CPU 的目的。

一個線程的生命周期

線程是一個動态執行的過程，它也有一個從産生到死亡的過程。

下圖顯示了一個線程完整的生命周期。

Java 多線程程式設計
  • 建立狀态: 使用 new 關鍵字和 Thread 類或其子類建立一個線程對象後，該線程對象就處于建立狀态。它保持這個狀态直到程式 start() 這個線程。
  • 就緒狀态: 當線程對象調用了start()方法之後，該線程就進入就緒狀态。就緒狀态的線程處于就緒隊列中，要等待JVM裡線程排程器的排程。
  • 運作狀态: 如果就緒狀态的線程擷取 CPU 資源，就可以執行 run()，此時線程便處于運作狀态。處于運作狀态的線程最為複雜，它可以變為阻塞狀态、就緒狀态和死亡狀态。
  • 阻塞狀态: 如果一個線程執行了sleep（睡眠）、suspend（挂起）等方法，失去所占用資源之後，該線程就從運作狀态進入阻塞狀态。在睡眠時間已到或獲得裝置資源後可以重新進入就緒狀态。可以分為三種：
    • 等待阻塞：運作狀态中的線程執行 wait() 方法，使線程進入到等待阻塞狀态。
    • 同步阻塞：線程在擷取 synchronized 同步鎖失敗(因為同步鎖被其他線程占用)。
    • 其他阻塞：通過調用線程的 sleep() 或 join() 發出了 I/O 請求時，線程就會進入到阻塞狀态。當sleep() 狀态逾時，join() 等待線程終止或逾時，或者 I/O 處理完畢，線程重新轉入就緒狀态。
  • 死亡狀态: 一個運作狀态的線程完成任務或者其他終止條件發生時，該線程就切換到終止狀态。

線程的優先級

每一個 Java 線程都有一個優先級，這樣有助于作業系統确定線程的排程順序。

Java 線程的優先級是一個整數，其取值範圍是 1 （Thread.MIN_PRIORITY ） - 10 （Thread.MAX_PRIORITY ）。

預設情況下，每一個線程都會配置設定一個優先級 NORM_PRIORITY（5）。

具有較高優先級的線程對程式更重要，并且應該在低優先級的線程之前配置設定處理器資源。但是，線程優先級不能保證線程執行的順序，而且非常依賴于平台。

建立一個線程

Java 提供了三種建立線程的方法：

  • 通過實作 Runnable 接口；
  • 通過繼承 Thread 類本身；
  • 通過 Callable 和 Future 建立線程。

通過實作 Runnable 接口來建立線程

建立一個線程，最簡單的方法是建立一個實作 Runnable 接口的類。

為了實作 Runnable，一個類隻需要執行一個方法調用 run()，聲明如下：

public void run()

你可以重寫該方法，重要的是了解的 run() 可以調用其他方法，使用其他類，并聲明變量，就像主線程一樣。

在建立一個實作 Runnable 接口的類之後，你可以在類中執行個體化一個線程對象。

Thread 定義了幾個構造方法，下面的這個是我們經常使用的：

Thread(Runnable threadOb,String threadName);

這裡，threadOb 是一個實作 Runnable 接口的類的執行個體，并且 threadName 指定新線程的名字。

新線程建立之後，你調用它的 start() 方法它才會運作。

void start();

下面是一個建立線程并開始讓它執行的執行個體：

執行個體

class RunnableDemo implements Runnable {

private Thread t;

private String threadName;

RunnableDemo( String name) {

threadName = name;

System.out.println("Creating " + threadName );

}

public void run() {

System.out.println("Running " + threadName );

try {

for(int i = 4; i > 0; i--) {

System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i);

// 讓線程睡眠一會

Thread.sleep(50);

}

}catch (InterruptedException e) {

System.out.println("Thread " + threadName + " interrupted.");

}

System.out.println("Thread " + threadName + " exiting.");

public void start () {

System.out.println("Starting " + threadName );

if (t == null) {

t = new Thread (this, threadName);

t.start ();

}

public class TestThread {

public static void main(String args[]) {

RunnableDemo R1 = new RunnableDemo( "Thread-1");

R1.start();

RunnableDemo R2 = new RunnableDemo( "Thread-2");

R2.start();

}

編譯以上程式運作結果如下：

Creating Thread-1
Starting Thread-1
Creating Thread-2
Starting Thread-2
Running Thread-1
Thread: Thread-1, 4
Running Thread-2
Thread: Thread-2, 4
Thread: Thread-1, 3
Thread: Thread-2, 3
Thread: Thread-1, 2
Thread: Thread-2, 2
Thread: Thread-1, 1
Thread: Thread-2, 1
Thread Thread-1 exiting.
Thread Thread-2 exiting.

通過繼承Thread來建立線程

建立一個線程的第二種方法是建立一個新的類，該類繼承 Thread 類，然後建立一個該類的執行個體。

繼承類必須重寫 run() 方法，該方法是新線程的入口點。它也必須調用 start() 方法才能執行。

該方法盡管被列為一種多線程實作方式，但是本質上也是實作了 Runnable 接口的一個執行個體。

class ThreadDemo extends Thread {

ThreadDemo( String name) {

ThreadDemo T1 = new ThreadDemo( "Thread-1");

T1.start();

ThreadDemo T2 = new ThreadDemo( "Thread-2");

T2.start();

Creating Thread-1
Starting Thread-1
Creating Thread-2
Starting Thread-2
Running Thread-1
Thread: Thread-1, 4
Running Thread-2
Thread: Thread-2, 4
Thread: Thread-1, 3
Thread: Thread-2, 3
Thread: Thread-1, 2
Thread: Thread-2, 2
Thread: Thread-1, 1
Thread: Thread-2, 1
Thread Thread-1 exiting.
Thread Thread-2 exiting.

Thread 方法

下表列出了Thread類的一些重要方法：

序号 方法描述
1

public void start()

使該線程開始執行；

Java 虛拟機調用該線程的 run 方法。
2 如果該線程是使用獨立的 Runnable 運作對象構造的，則調用該 Runnable 對象的 run 方法；否則，該方法不執行任何操作并傳回。
3

public final void setName(String name)

改變線程名稱，使之與參數 name 相同。
4

public final void setPriority(int priority)

 更改線程的優先級。
5

public final void setDaemon(boolean on)

将該線程标記為守護線程或使用者線程。
6

public final void join(long millisec)

等待該線程終止的時間最長為 millis 毫秒。
7

public void interrupt()

中斷線程。
8

public final boolean isAlive()

測試線程是否處于活動狀态。

上述方法是被 Thread 對象調用的，下面表格的方法是 Thread 類的靜态方法。

public static void yield()

暫停目前正在執行的線程對象，并執行其他線程。

public static void sleep(long millisec)

在指定的毫秒數内讓目前正在執行的線程休眠（暫停執行），此操作受到系統計時器和排程程式精度和準确性的影響。

public static boolean holdsLock(Object x)

當且僅當目前線程在指定的對象上保持螢幕鎖時，才傳回 true。

public static Thread currentThread()

傳回對目前正在執行的線程對象的引用。

public static void dumpStack()

将目前線程的堆棧跟蹤列印至标準錯誤流。

如下的ThreadClassDemo 程式示範了Thread類的一些方法：

DisplayMessage.java 檔案代碼：

// 檔案名 : DisplayMessage.java

// 通過實作 Runnable 接口建立線程

public class DisplayMessage implements Runnable {

private String message;

public DisplayMessage(String message) {

this.message = message;

while(true) {

System.out.println(message);

GuessANumber.java 檔案代碼：

// 檔案名 : GuessANumber.java

// 通過繼承 Thread 類建立線程

public class GuessANumber extends Thread {

private int number;

public GuessANumber(int number) {

this.number = number;

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.**");

ThreadClassDemo.java 檔案代碼：

// 檔案名 : 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(bye);

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();

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...");

運作結果如下，每一次運作的結果都不一樣。

Starting hello thread...
Starting goodbye thread...
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Hello
Goodbye
Goodbye
Goodbye
Goodbye
Goodbye
.......

通過 Callable 和 Future 建立線程

  • 1. 建立 Callable 接口的實作類，并實作 call() 方法，該 call() 方法将作為線程執行體，并且有傳回值。
  • 2. 建立 Callable 實作類的執行個體，使用 FutureTask 類來包裝 Callable 對象，該 FutureTask 對象封裝了該 Callable 對象的 call() 方法的傳回值。
  • 3. 使用 FutureTask 對象作為 Thread 對象的 target 建立并啟動新線程。
  • 4. 調用 FutureTask 對象的 get() 方法來獲得子線程執行結束後的傳回值。

public class CallableThreadTest implements Callable<Integer> {

public static void main(String[] args)

{

CallableThreadTest ctt = new CallableThreadTest();

FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<>(ctt);

for(int i = 0;i < 100;i++)

{

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 的循環變量i的值"+i);

if(i==20)

{

new Thread(ft,"有傳回值的線程").start();

}

}

try

System.out.println("子線程的傳回值："+ft.get());

} catch (InterruptedException e)

e.printStackTrace();

} catch (ExecutionException e)

}

@Override

public Integer call() throws Exception

int i = 0;

for(;i<100;i++)

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);

return i;

}

建立線程的三種方式的對比

  • 1. 采用實作 Runnable、Callable 接口的方式建立多線程時，線程類隻是實作了 Runnable 接口或 Callable 接口，還可以繼承其他類。
  • 2. 使用繼承 Thread 類的方式建立多線程時，編寫簡單，如果需要通路目前線程，則無需使用 Thread.currentThread() 方法，直接使用 this 即可獲得目前線程。

線程的幾個主要概念

在多線程程式設計時，你需要了解以下幾個概念：

  • 線程同步
  • 線程間通信
  • 線程死鎖
  • 線程控制：挂起、停止和恢複

多線程的使用

有效利用多線程的關鍵是了解程式是并發執行而不是串行執行的。例如：程式中有兩個子系統需要并發執行，這時候就需要利用多線程程式設計。

通過對多線程的使用，可以編寫出非常高效的程式。不過請注意，如果你建立太多的線程，程式執行的效率實際上是降低了，而不是提升了。

請記住，上下文的切換開銷也很重要，如果你建立了太多的線程，CPU 花費在上下文的切換的時間将多于執行程式的時間！

上一篇: 清單拖拽排序 ----vue.js
下一篇: (轉)Springboot郵件服務