【教学课件】第10章多线程.ppt
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1、第10章 多线程,学习目标 本章要点上机练习 习 题,学习目标,在计算机处理任务时,往往需要操作系统同时处理多个任务,这些任务就由操作系统本身和CPU来控制。有时也需要自己创建多个任务来让系统同时完成,这些用户自己定制的任务都是非常小的程序段,称为线程。本章介绍线程的基本概念和多线程技术,详细讲解线程的创建,如何实现多线程,还介绍线程同步、线程死锁和线程调度等控制技术。,本章要点,线程的生命周期多线程技术线程的创建和实现多线程线程的同步和死锁,多线程技术的基本概念,多线程是Java程序的一个重要特征,线程本来是操作系统中的概念,Java将这一概念引入到程序设计语言中,让开发人员利用线程机制编写
2、多线程程序,使系统能够同时运行多个执行体,从而加快程序的响应速度,提高电脑资源的利用率。本节主要介绍多线程机制的一些基本概念。,多线程技术的基本概念,什么是线程线程的生命周期 多线程技术,什么是线程,线程和进程类似,是一段完成特定功能的代码。线程是程序中单个程序的控制流,也是一个进程内的基本调度单位。线程和进程一样拥有独立的执行控制,并由操作系统负责调度。,什么是线程,同一个进程可以包含多个线程,这些线程共享属于该进程的一块内存空间和一组系统资源,而线程自身的数据通常只有CPU的寄存器数据,以及一个供程序执行时使用的堆栈,系统在产生一个线程,或者在各个线程之间切换时,负荷比进程小得多。,什么是
3、线程,此外,由于线程知识在单个进程的作用域内活动,所以线程之间的通信也比进程简单。线程的实现要依赖操作系统,现在一般操作系统都支持线程技术。,什么是线程,一个或更多的线程构成了一个进程。一个线程或执行上下文由一个虚拟处理机、CPU执行的代码和代码操作的数据3个主要部分组成。,线程执行的主要组成部分,什么是线程,代码可以由多个线程共享,也可以不被共享,这些都和数据是独立的。两个线程如果执行同一个类的实例代码,则它们可以共享相同的代码。,什么是线程,类似地,数据可以由多个线程共享,也可以不被共享,这些都和代码是独立的。两个线程如果共享对一个公共对象的存取,则它们可以共享相同的数据。,什么是线程,在
4、Java编程中,虚拟处理机封装在Thread类的一个实例。构造线程时,代码和数据是由传递给它的构造方法的对象指定的。,线程的生命周期,每个Java程序都有一个默认的主线程,对于Java Applicatin应用程序,主线程就是main方法执行的指令序列,对于Java Applet,主线程指挥浏览器装载并执行Java Applet。线程在它完整的生命周期中包括新建、就绪、运行、阻塞和死亡5种状态。,线程的生命周期,新建(New):代表线程的对象已经被初始化,但尚未运行run方法。就绪(Runnable):线程正在运行run方法,但这只说明线程目前处于的状态。如果系统没有能力抽出CPU执行时间给线
5、程,线程就“不执行”,这里的“不执行”不代表“阻塞”或“死亡”。,线程的生命周期,运行(Running):线程获得了CPU资源正在执行任务,将一直运行到结束,除非此时它自动放弃资源或有更加高优先级的线程进入。,线程的生命周期,阻塞(Blcked):线程是可以执行的,但由于某些因素的阻碍处于停滞状态,系统排程器略过了应给线程的CPU执行时间。死亡(Dead):线程的正式结束方式,run方法执行完毕并返回。,多线程技术,多线程是这样一种机制,它允许在程序中并发执行多个指令流,每个指令流都称为一个线程,线程彼此间互相独立。,多线程技术,线程和进程一样拥有独立的执行控制,由操作系统负责调度,区别在于线
6、程没有独立的存储空间,而是和所属进程中的其它线程共享一个存储空间,这使得线程间的通信比进程简单。,多线程技术,多个线程的执行是并发的,也就是在逻辑上“同时”,而不管是否是物理上的“同时”。如果系统只有一个CPU,那么真正的“同时”是不可能的,但是由于CPU的速度非常快,用户感觉不到其中的区别,因此也不用关心它,只需要设想各个线程是同时执行即可。,多线程技术,多线程和传统的单线程在程序设计上最大的区别在于,由于各个线程的控制流彼此独立,使得各个线程之间的代码是无序执行的。,多线程技术的实现,在了解了线程的基本概念之后,本节将继续深入,介绍如何创建线程,如何实现多线程,线程同步、死锁和调度等等多线
7、程技术。线程的创建 如何实现多线程,多线程技术的实现,线程同步 线程死锁 线程调度 应用举例抢硬币,线程的创建,为了创建一个新的线程,必须指明这个线程所要执行的代码,Java是通过类做到这一点的。作为一个面向对象的程序设计语言,Java提供了类来进行多线程编程,这个类提供了大量的方法给开发人员控制自己的各个线程,以后的讨论都将围绕这个类进行。,线程的创建,那么如何提供给Java开发人员线程执行的代码呢?通过Thread类来实现。主要有两种方法。继承Thread类,覆盖方法run()实现Runnable接口,继承Thread类,覆盖方法run(),Thread类最重要的方法是run()方法,它为
8、Thread类的start()方法所调用,并提供线程所要执行的代码。为了指定自己新的代码,只需要覆盖它即可,即在创建的Thread类的子类中重写run(),加入线程所要执行的代码。,继承Thread类,覆盖方法run(),该方法的步骤是:从Thread类派生一个类,覆盖Thread类中的run 方法,然后创建该子类的对象,再调用start方法启动本线程。【例10-1】线程的创建(光盘:源文件第10章例10-1.txt)。,类“DrawLine”运行结果,继承Thread类,覆盖方法run(),这种方法简单明了,符合大家的习惯。但是,它也有一个很大的缺点,那就是如果类已经从一个类继承,则无法再继
9、承Thread类。如果又不想建立一个新的类,应该怎么办呢?这时可以采用另外一种方法来实现:实现Runnable接口。,实现Runnable接口,Runnable接口只有一个方法run(),可以通过声明自己的类实现Runnable接口并提供这一方法,并将线程代码写入其中,就完成了这一部分的任务。但是Runnable接口并没有任何对线程的支持,还必须创建Thread类的实例,这一点通过Thread类的构造方法publicThread(Runnable target)来实现。,实现Runnable接口,【例10-2】通过实现Runnable接口来创建一个线程(光盘:源文件第10章例10-2.txt)
10、。,实现Runnable接口,严格地说,创建Thread子类的实例也是可行的,但是必须注意的是,该子类必须没有覆盖Thread类的run方法,否则该线程执行的将是子类的run方法,而不是用以实现Runnable 接口的类run方法,对此可以试验一下。,实现Runnable接口,使用Runnable接口来实现多线程使得开发人员能够在一个类中包容所有的代码,有利于封装,但是其缺点在于只能使用一套代码。若想创建多个线程并使各个线程执行不同的代码,则仍必须额外创建类,在大多数情况下这也许还不如直接用多个类分别继承Thread更为恰当。,如何实现多线程,Java语言提供的实现多线程应用程序的方法主要有如
11、下两种。继承Thread类的多线程程序设计方法是使应用程序类继承Thread类并且在该类的run方法中实现并发性处理过程。,如何实现多线程,多线程对象实现Runnable接口并且在该类中定义用于启动线程的run方法。后一种方法的好处在于多线程应用对象可以继承其它对象而不是必须继承Thread类,从而能够增加类定义的逻辑性。,如何实现多线程,这两种方法解决了Java实现多线程的技术障碍,是多线程技术实现的核心部分。下面通过例子演示如何使用这两种方法来实现多线程技术。【例10-3】多线程的实现(光盘:源文件第10章例10-3.txt)。,类“Consumer”运行结果,如何实现多线程,从上面的程序
12、代码可以看出:多线程类Consumer继承Java语言中的线程类Thread,并且在main方法中创建3个Consumer对象的实例。当调用对象实例的start方法时,自动调用Consumer类中定义的run方法启动对象线程运行。,如何实现多线程,线程运行的结果是每间隔nTime时间打印出对象实例中的字符串成员变量strConsumer的内容。如果采用实现Runnable接口来实现多线程应用程序,则代码如下:,如何实现多线程,从上述代码可以看出:该类实现了Runnable接口并且在该类中定义了run方法。这种多线程应用程序的实现方式与继承Thread类的多线程应用程序的重要区别在于启动多线程对
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