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Java5 多线程(一)--入门篇

分类: 文章 • 2024-09-05 12:57:52

首先回顾一下JDK1.5之前的线程相关的知识:

1 线程的入门.
什么是线程,线程就是程序执行的线索,Java是面向对象的语言什么类来表示这样一个东西呢?Thread.
通过start()方法启动它,线程所要执行的任务放在run()方法里面,下面可以看一下run()方法里面的源码
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创建线程的两种传统方式(注: Runnable类并不是一个线程,它只是线程一个执行单元):
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打开Thread的构造方法,
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然后可以跟进看到init()方法具体的实现.其中有一行代码就是对target(Runnable类型)的赋值,因为线程所执行的任务都在run()方法里面,那么在run()方法里面,target就不为null,然后就调用了Runnale的run()方法.因为我们重写了Runnable的run()方法,那么最终执行的就是我们所覆写的run()方法.具体代码如下:
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如果我们同时实现了Thread的run()方法又同时覆盖了Runnable的run()方法.那么到底会执行哪个的run()方法呢?
根据Java的多态,肯定执行的是Thread的run()方法.因为我们覆写了Thread的run()方法,那么所执行的就是我们run()方法,而不是
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2 传统的定时器:
定时器通过Timer这个类来描述,通过schedule()方法来调度,定时执行的任务通过TimerTask来定义.
下面来实现一个简单的定时器,功能如下,每隔2秒执行一次,之后隔4秒执行一次,然后又隔2秒,就这样轮循下去.具体用法可以查看API里面有详细介绍.
[java]view plaincopy
  1. publicstaticvoidmain(String[]args){
  2. newTimer().schedule(newMyTimerTask(),2000);
  3. try{
  4. while(true){
  5. System.out.println(newDate().getSeconds());
  6. Thread.sleep(1000);
  7. }
  8. }catch(InterruptedExceptione){
  9. e.printStackTrace();
  10. }
  11. }
  12. }
  13. classMyTimerTaskextendsTimerTask{
  14. staticintcount=0;
  15. @Override
  16. publicvoidrun(){
  17. count=(count+1)%2;//count=0或1
  18. System.out.println("boming");
  19. Timertimer=newTimer();
  20. timer.schedule(newMyTimerTask(),2000+(2000)*count);
  21. }

3 线程之间的互斥和同步通信
当两个线程去同时操作一个字符串,那么可能会出现线程安全问题.这样的情况可以用银行转帐来解释.
下面的代码就会出现问题,
[java]view plaincopy
  1. publicstaticvoidmain(String[]args){
  2. finalOutputeroutputer=newOutputer();
  3. newThread(){
  4. @Override
  5. publicvoidrun(){
  6. while(true){
  7. try{
  8. Thread.sleep(100);
  9. }catch(InterruptedExceptione){
  10. e.printStackTrace();
  11. }
  12. outputer.print("zhangsan");
  13. }
  14. }
  15. }.start();
  16. newThread(){
  17. @Override
  18. publicvoidrun(){
  19. while(true){
  20. try{
  21. Thread.sleep(100);
  22. }catch(InterruptedExceptione){
  23. e.printStackTrace();
  24. }
  25. outputer.print("zhangxiaoxiang");
  26. }
  27. }
  28. }.start();
  29. }
  30. }
  31. classOutputer{
  32. publicvoidprint(Stringname){
  33. for(inti=0;i<name.length();i++){
  34. System.out.print(name.charAt(i));
  35. }
  36. System.out.println();//打印完字符串换行
  37. }
  38. }

我们使用两个线程去调用print(String name)方法,当第一个方法还没有执行完毕,第二个方法来执行,那么打印出来的name就会出现为问题.如下图所示,
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现在我们要实现的是,只有当第一个线程执行完毕后,第二个线程才能执行print(String name)方法,这就必须互斥或者说同步.
我们知道实现同步可以使用同步代码块或者同步方法,想到同步(Synchronized)那么自然而然就想到同步监视器.
这是两个很重要的概念.
现在我们来改造上面Outputer的print(String name)方法.
[java]view plaincopy
  1. publicvoidprint(Stringname){
  2. //synchronized()里面的参数就是同步监视器
  3. //然而这里使用name作为同步监视器是不行的,
  4. //因为要实现原子性(互斥)必须要使用同一个监视器对象
  5. //当第一个线程来执行该代码块,name对象是一个String对象
  6. //当第二个线程来执行,name对象又是另一个String对象,
  7. //这样就不能实现同步
  8. synchronized(name){
  9. for(inti=0;i<name.length();i++){
  10. System.out.print(name.charAt(i));
  11. }
  12. System.out.println();//打印完字符串换行
  13. }
  14. }
执行结果如下所示:
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我们可以通过this关键字作为同步监视器,因为从上面定义两个线程的代码来看,我们只new了一次Outputer对象,所以this代表同一个对象.
现在来通过同步方法来实现同步,
[java]view plaincopy
  1. //同步方法也同样也有同步监视器,它是this
  2. publicsynchronizedvoidprint2(Stringname){
  3. for(inti=0;i<name.length();i++){
  4. System.out.print(name.charAt(i));
  5. }
  6. System.out.println();//打印完字符串换行
  7. }
把第二个线程改成使用print2(String name)方法.这样的话就需要print2和print这两个方法互斥.这个怎么理解呢?
上面我们是对print()这个一个方法进行互斥,现在呢?需要对两个方法进行互斥.
我们可以这样比喻(对一个方法进行互斥):假设一个茅坑(print(String name)),上面有一把锁(this对象),现在一个人(Thread)来上厕所,它把钥匙放进了口袋,第二个人(Thread2)来上厕所,因为没有钥匙,必须要等第一个人出来,把钥匙放上去,第二个人才能拿着钥匙进去.这是对一个方法进行同步,
(对两个方法或者更多进行同步)),现在有多个茅坑(print(String name),print2(String name)),只有一个钥匙(同步监视器),那么当一个人(Thread)进去后,拿了那仅有的一个钥匙,就算其他人(Thread)想进入的没有人占的茅坑也不行,因为没有钥匙.
这样的话,打印name的时候就不会出现问题.
现在还有一种情况:
[java]view plaincopy
  1. //静态的同步方法同样也有同步监视器,它是class
  2. publicstaticsynchronizedvoidprint3(Stringname){
  3. for(inti=0;i<name.length();i++){
  4. System.out.print(name.charAt(i));
  5. }
  6. System.out.println();//打印完字符串换行
  7. }
这样的话要想互斥就必须把同步监视器改成Outputer.class了,在内存中只有一份.
线程之间的同步通信
通过一道面试提来解释.
子线程循环10次，接着主线程循环100，接着又回到子线程循环10次，接着再回到主线程又循环100，如此循环50次，请写出程序。
[java]view plaincopy
  1. //静态的同步方法同样也有同步监视器,它是class
  2. publicstaticsynchronizedvoidprint3(Stringname){
  3. for(inti=0;i<name.length();i++){
  4. System.out.print(name.charAt(i));
  5. }
  6. System.out.println();//打印完字符串换行
  7. }
  8. 这样的话要想互斥就必须把同步监视器改成Outputer.class了,在内存中只有一份.
  10. 线程之间的同步通信
  11. 通过一道面试提来解释.
  12. 子线程循环10次，接着主线程循环100，接着又回到子线程循环10次，接着再回到主线程又循环100，如此循环50次，请写出程序。
  13. publicstaticvoidmain(String[]args){
  14. newThread(newRunnable(){
  15. @Override
  16. publicvoidrun(){
  17. for(intk=1;k<=50;k++){
  18. for(inti=1;i<=10;i++){
  19. System.out.println("subthreadsequence"+i
  20. +"loopof"+k);
  21. }
  22. }
  23. }
  24. }).start();
  25. for(intk=1;k<=50;k++){
  26. for(inti=1;i<=100;i++){
  27. System.out
  28. .println("mainthreadsequence"+i+"loopof"+k);
  29. }
  30. }
  31. }
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这样主要的程序逻辑是实现了,但是执行的次序乱来,子线程执行10次不应该别打断,主线程执行100次也不应该被打断.
所以我们自然就想到了同步,只需要把子循环使用同步代码块,但是用什么作为同步监视器呢?this显然不行的.当然该类的字节码class是可以的,但是这样有2个问题,
第一,虽然实现了同步,但是,不是子线程一次,主线程一次,所以在子/主(线程)次序上还是乱了.
第二,使用class作为同步监视器不好,如果程序逻辑很复杂,需要多组需要互斥,使用class作为同步监视器,那么就成了一组了.所以这也不好.(关于多组互斥可以查看博客http://blog.****.net/johnny901114/article/details/7854666)


经验:要用到共同数据(包括同步锁)或共同算法的若干个方法,应该归在同一个类上,这种设计体现了高内聚和程序的健壮性.
比如:

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据此,我们可以这样设计
classBusiness {
publicsynchronizedvoidsub(intk) {
for(inti = 1; i <= 10; i++) {
System.out.println("sub thread sequence "+ i +" loop of "+ k);
}
}
publicsynchronizedvoidmain(intk) {
for(inti = 1; i <= 100; i++) {
System.out.println("main thread sequence "+ i +" loop of "+ k);
}
}
}
这样就把相关的方法写到一个类里面了.但是这里还是没有解决通信问题. 最终代码如下:
publicstaticvoidmain(String[] args) {
finalBusiness business =newBusiness();
newThread(newRunnable() {
@Override
publicvoidrun() {
for(intk = 1; k <= 50; k++) {
business.sub(k);
}
}
}).start();
for(intk = 1; k <= 50; k++) {
business.main(k);
}
}
}
classBusiness {
//默认子线程先执行
booleanisShouldSub=true;
publicsynchronizedvoidsub(intk) {
if(!isShouldSub){//此处用while最好,因为可能出现假唤醒,//用while的话还会重新判断,这样程序更加严谨和健壮
try{
this.wait();//this表示同步监视器对象
}catch(InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
for(inti = 1; i <= 10; i++) {
System.out.println("sub thread sequence "+ i +" loop of "+ k);
}
//子线程做完了,把它置为false
isShouldSub=false;
//并且唤醒主线程
this.notify();
}
publicsynchronizedvoidmain(intk) {
if(isShouldSub){){//此处用while最好,因为可能出现假唤醒(API文档里有介绍),//用while的话还会重新判断,这样程序更加严谨和健壮
try{
this.wait();
}catch(InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
for(inti = 1; i <= 100; i++) {
System.out.println("main thread sequence "+ i +" loop of "+ k);
}
//主线程做完了,把它置为true
isShouldSub=true;
//并且唤醒子线程
this.notify();
}
}

4,线程范围内共享数据.(ThreadLocal)
下面通过一个简单的示例来描述线程之间非共享数据.
[java]view plaincopy
  1. privatestaticintk=0;
  2. publicstaticvoidmain(String[]args){
  3. for(inti=0;i<2;i++){
  4. newThread(newRunnable(){
  5. @Override
  6. publicvoidrun(){
  7. k=newRandom().nextInt();
  8. System.out.println(Thread.currentThread().getName()
  9. +"putvaluetoi"+k);
  10. newA().get();
  11. newB().get();
  12. try{
  13. Thread.sleep(10);
  14. }catch(InterruptedExceptione){
  15. e.printStackTrace();
  16. }
  17. }
  18. }).start();
  19. }
  20. }
  21. //模块A
  22. staticclassA{
  23. publicvoidget(){
  24. System.out.println("Afrom"+Thread.currentThread().getName()+"getvalue"+k);
  25. }
  26. }
  27. //模块B
  28. staticclassB{
  29. publicvoidget(){
  30. System.out.println("Afrom"+Thread.currentThread().getName()+"getvalue"+k);
  31. }
  32. }
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现在我们需要这样的效果,假设线程0给i赋值为1,那么当线程0取的时候也是1,也就是说线程之间取各自放进去的值.而上面的程序达不到这样的要求. 这就需要线程范围内的数据共享.
那么我们可以这样来实现,这也是线程范围内数据共享的原理.
定义一个Map集合key和value分别为Thread和Integer.
把给i赋值的代码替换为
intk =newRandom().nextInt();
map.put(Thread.currentThread(), k);
get()方法内的代码改为
System.out.println("A from "+ Thread.currentThread().getName()
+" get value "+map.get(Thread.currentThread()));
这样的话就实现了线程范围内的数据共享了,线程取得值是各自放进去的.
这有什么用呢?比如事务,所谓事务的回滚和提交指的是在一个线程上的,如果是在不同的线程上,那么逻辑就乱了.这不是我们想要的,这样的话我们就可以通过线程范围内共享数据,也就是把连接绑定到该线程上,那么在该线程获取的连接是同一个连接.
下面通过ThreadLocal来实现这样的功能.
[java]view plaincopy
  1. publicclassThreadLocalTest{
  2. publicstaticvoidmain(String[]args){
  3. for(inti=0;i<2;i++){
  4. newThread(newRunnable(){
  5. @Override
  6. publicvoidrun(){
  7. intk=newRandom().nextInt();
  8. ThreadShareData.getThreadShareData().setAge(k);
  9. ThreadShareData.getThreadShareData().setName("name"+k);
  11. System.out.println(Thread.currentThread().getName()
  12. +"putvaluetoi"+k);
  13. newA().get();
  14. newB().get();
  15. try{
  16. Thread.sleep(10);
  17. }catch(InterruptedExceptione){
  18. e.printStackTrace();
  19. }
  20. }
  21. }).start();
  22. }
  23. }
  25. //模块A
  26. staticclassA{
  27. publicvoidget(){
  28. ThreadShareDatadata=ThreadShareData.getThreadShareData();
  29. System.out.println("Afrom"+Thread.currentThread().getName()
  30. +"getvalue"+data.getName()+"--"+data.getAge());
  31. }
  32. }
  34. //模块B
  35. staticclassB{
  36. publicvoidget(){
  37. ThreadShareDatadata=ThreadShareData.getThreadShareData();
  38. System.out.println("Bfrom"+Thread.currentThread().getName()
  39. +"getvalue"+data.getName()+"--"+data.getAge());
  40. }
  41. }
  42. }
  44. classThreadShareData{
  45. privatestaticThreadLocal<ThreadShareData>local=newThreadLocal<ThreadShareData>();
  46. privateThreadShareData(){
  47. }
  48. publicstaticThreadShareDatagetThreadShareData(){
  49. ThreadShareDatadata=local.get();
  50. if(data==null){
  51. data=newThreadShareData();
  52. local.set(data);
  53. }
  54. returndata;
  55. }
  56. privateStringname;
  57. privateintage;
  58. publicStringgetName(){
  59. returnname;
  60. }
  61. publicvoidsetName(Stringname){
  62. this.name=name;
  63. }
  64. publicintgetAge(){
  65. returnage;
  66. }
  67. publicvoidsetAge(intage){
  68. this.age=age;
  69. }
  70. }

上面的例子,对于线程范围内共享对象是一个比较优雅的设计方案,ThreadShareData有name和age两个属性,这个类的实例是与每个线程相关的.那么这个设计就交给这个类自己吧,其他用户在任意线程调用我这个类的方法,自然而然就是与线程相关的实例.因为里面我们封装了一个ThreadLocal对象.
那么我们是否考虑到如果成千上万的线程来访问,那么是不是可能会导致内存溢出呢?
其实当一个线程死亡,那么系统会把该线程在ThreadLocal产生的数据清除掉,


5,多个线程访问共享对象和数据的方式:
1>如果每个线程执行的代码相同,额可以使用相同的Runnable对象,这个Runnable对象中有那个共享数据,例如,买票系统可以这么来实现
[java]view plaincopy
  1. publicstaticvoidmain(String[]args){
  2. MyRunnablemyRunnable=newMyRunnable();
  3. newThread(myRunnable).start();
  4. newThread(myRunnable).start();
  5. newThread(myRunnable).start();
  6. newThread(myRunnable).start();
  7. }
  8. staticclassMyRunnableimplementsRunnable{
  9. intcount=100;
  10. @Override
  11. publicvoidrun(){
  12. synchronized(this){//同步
  13. while(true){
  14. if(count>0){
  15. try{
  16. //模拟线程安全问题,所以要同步/互斥
  17. Thread.sleep(10);
  18. }catch(InterruptedExceptione){
  19. e.printStackTrace();
  20. }
  21. count--;
  22. }else{
  23. break;
  24. }
  25. System.out.println(count);
  26. }
  27. }
  28. }
  29. }

2>如果每个线程执行的代码不同,比如一个线程对一个整形执行加操作,另一个线程对该整形进行减操作.
这时候需要用不同的Runnable对象,有如下三种方式来实现这些Runnable对象的数据共享.
①将共享数据封装在另外一个对象中,然后将这个对象逐一传递给各个Runnable对象,每个线程对共享数据的操作方法也分配到那个对象身上去完成,这样容易实现针对该数据进行各个操作的互斥和通信.
[java]view plaincopy
  1. publicstaticvoidmain(String[]args){
  2. ShareDatashareData=newShareData();
  3. newThread(newMyRunnable(shareData)).start();
  4. newThread(newMyRunnable2(shareData)).start();
  5. }
  7. staticclassMyRunnableimplementsRunnable{
  8. privateShareDatashareData;
  10. publicMyRunnable(ShareDatashareData){
  11. this.shareData=shareData;
  12. }
  14. @Override
  15. publicvoidrun(){
  16. shareData.increase();
  17. }
  18. }
  19. staticclassMyRunnable2implementsRunnable{
  20. privateShareDatashareData;
  22. publicMyRunnable2(ShareDatashareData){
  23. this.shareData=shareData;
  24. }
  26. @Override
  27. publicvoidrun(){
  28. shareData.decrease();
  29. }
  30. }
  31. staticclassShareData{
  32. intcount=100;
  34. publicvoidincrease(){
  35. count++;
  36. }
  38. publicvoiddecrease(){
  39. count--;
  40. }
  41. }

②将这些Runnable对象作为某一类中的内部类,共享数据作为这个外部类中的成员变量,每个线程对共享数据的操作方法也分配给外部类,以便实现对共享数据进行各个操作的互斥和通信,作为内部类的各个Runnable对象调用外部类的这些方法.
[java]view plaincopy
  1. staticShareDatashareData=newShareData();
  2. publicstaticvoidmain(String[]args){
  3. //finalShareDatashareData=newShareData();
  4. newThread(newRunnable(){
  5. @Override
  6. publicvoidrun(){
  7. shareData.decrease();
  8. }
  9. }).start();
  10. newThread(newRunnable(){
  11. @Override
  12. publicvoidrun(){
  13. shareData.increase();
  14. }
  15. }).start();
  16. }
  17. staticclassShareData{
  18. intcount=100;
  20. publicvoidincrease(){
  21. count++;
  22. }
  24. publicvoiddecrease(){
  25. count--;
  26. }
  27. }

③上面两种方式的组合:将共享数据封装在另一个对象中,每个线程对共享数据的操作方法也分配到那个对象身上去完成,对象作为这个外部类中的成员变量或者方法中的局部变量,每个线程的Runnable对象作为外部类中的成员内部类或者局部内部类.
[java]view plaincopy
  1. publicclassThreadTest1
  2. {
  3. privateintj;
  4. publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
  5. ThreadTest1tt=newThreadTest1();
  6. Incinc=tt.newInc();
  7. Decdec=tt.newDec();
  8. for(inti=0;i<2;i++){
  9. Threadt=newThread(inc);
  10. t.start();
  11. t=newThread(dec);
  12. t.start();
  13. }
  14. }
  15. privatesynchronizedvoidinc(){
  16. j++;
  17. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-inc:"+j);
  18. }
  19. privatesynchronizedvoiddec(){
  20. j--;
  21. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-dec:"+j);
  22. }
  23. classIncimplementsRunnable{
  24. publicvoidrun(){
  25. for(inti=0;i<100;i++){
  26. inc();
  27. }
  28. }
  29. }
  30. classDecimplementsRunnable{
  31. publicvoidrun(){
  32. for(inti=0;i<100;i++){
  33. dec();
  34. }
  35. }
  36. }
  37. }

总之,要同步互斥的几段代码最好分别放在几个独立的方法中,这些方法再放在同一个类中,这样比较容易实现他们之间的同步互斥和通信.

转载请注明出处:http://blog.****.net/johnny901114/article/details/8695668

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