第五章多线程.pptx.ppt

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1、第五章 多线程编程,刘亮亮,本章内容介绍, 上一章介绍了介绍面向对象程序设计的重,要的概念：继承。本章介绍多线程的概念。, 本章主要内容：, 多线程的概念 多线程的编程,第五章 多线程编程,5.1 概述,5.2 多线程的概念,5.3 多线程的创建方法 5.4 同步,5.5 中断线程,5.6 线程的状态,5.1 概述, 操作系统的多任务：同一时刻多个程序同时运,行；（操作系统将CPU时间划分成小的片段， 将其分配给不同的程序执行）, 实现多任务的方法：, 抢占式多任务：直接中断而不需要事先和被中断程,序协商；例如：Windows操作系统等, 协作多任务（非抢占式）：被中断程序同意交出控,制权之后

2、才能执行中断；例如：手机操作系统, 注：抢占式多任务更有效，更难实现,5.1 概述, 多线程程序在更低的层次上引入了多任务,而扩展了多任务的思想：单个程序看起来 可以同时处理多个任务。每个任务称为一 个线程。, 可以一次运行多个线程的程序被称为多线,程的；,5.1 概述, 多线程与多进程的区别？, 多进程：每个进程都有自己的变量的完备集； 多线程：线程间共享相同的数据；, 多线程的优点：, 共享的变量使得线程之间的通信比进程间的通信更,有效更简单；, 线程比进程更“轻量级”，创建和销毁单个线程比,发起进程的开销要小的多；, 多线程的实际应用：浏览器可以同时下载多幅,图片、Web服务器能够处理并

3、发的请求、Java 程序使用了一个线程在后台处理垃圾回收等等,5.2 多线程的概念, 进程：正在运行中的程序, 线程：就是进程中一个负责程序执行的控,制单元（执行路径）, 一个进程中可以有多个执行路径，称为多,线程；, 开启多个线程是为了同时运行多部分代码 每一个线程都有自己运行的代码，这个内容是,多线程要执行的任务。,5.2 多线程的概念, 多线程的好处：解决了多部分同时运行的,问题；, 多线程的弊端：线程太多回收效率的降低； 应用程序的执行都是CPU在做随机的快速的,切换。,5.2 多线程的概念, JVM启动时候启动了多个线程：, 1、执行main函数的线程, 该线程的任务代码都定义在ma

4、in函数中；, 2、负责垃圾回收的线程, 参考:Object类中的finalize()方法进行垃圾回收，通过,System.gc()调用垃圾回收器。, 示例代码：ThreadDemo.java,5.3 多线程程序创建方法, ,主线程程序创建过程： 示例代码：ThreadDemo2.java 创建线程方法一：继承Thread类 创建步骤： 定义一个类继承Thread类； 覆盖Thread类中的run方法； 直接创建Thread的子类对象创建线程。 利用start方法开启线程（自动调用run方法）；,5.2 多线程程序创建方法, 代码：,d1.start(); d2.start();,System

5、.out.println(“Hello World“);, 什么效果？为什么？, 因为开启了三个线程；, 如何区分执行的线程？, Thread类中的构造函数, 可以通过Thread类中的getName方法获取线程的名,称；（ Thread.currentThread() 取得当前线程）,5.2 多线程程序创建方法, 在主线程中设置出现异常代码：,d1.start(); d2.start();,System.out.println(1/0);, 看执行结果？, 示例2：在run中设置异常代码，例如数组越,界异常，看执行结果？, 结论：异常不会影响其它线程的执行。,5.3 多线程程序创建方法, 创

6、建方法二：实现Runnable接口, 步骤：, 1、定义类实现Runnable接口；, 2、覆盖接口中的run方法，将线程的任务代码封装到run,方法中；, 3、通过Thread类创建线程对象，并将Runable接口的子类,对象作为Thread类的构造函数的参数进行传递；, Note：参考JDK文档中的Thread类的构造函数，线程的任务封,装在Runable接口子类对象的run方法中，因此创建线程对象 时候必须明确声明要运行的任务；, 4、调用线程对象的start方法开启线程；, 示例代码：ThreadDemo3.java,5.3 多线程程序创建方法, 实现Runnable接口的好处：, 将

7、线程的任务从线程的子类中分离处理，进行,了单独的封装，利用面向对象的思想将任务的 封装成对象。, 避免了java单继承的问题；, 结论：创建线程多采用实现Runnable接口的,方法来创建。,5.3 多线程程序创建方法, Thread(Runable target), 构造一个新的线程来调用指定target的run方法, void start(), 启动这个线程，将引发调用run方法，这个方法将立即,返回，并且新线程将并发执行；, void run(), 调用关联Runable的run方法；, 注意：不要调用Thread类或Runable对象的run方法，,直接调用run方法只会在当前线程中执

8、行任务，并不 会启动新的线程，正确的做法是调用Thread的start() 方法，它会创建一个新的线程执行run方法。,多线程程序示例, 多线程示例一：实现一简单的售票程序, 实现步骤：,1、建立Ticket类（继承Thread或实现Runnable）； 2、封装卖票函数sale为多线程任务； 3、开启4个线程进行买票, 问题一：采用Thread继承，票总数用static?, 问题二：如果不用static呢？（现实中，可以开设多个线程卖一,种类型的票，开另外几个线程卖另外一种类型的票，因此不能 将票数设置为static）, 解决方法：实现Runnable接口，声明一个Ticket对象，开多个,

9、Thread来运行，共享内存数据, 问题三：在输出加Thread.sleep(10)（需要捕获异常）查看会出,现什么问题？, 为什么？这是个什么问题？,线程安全问题，如何解决？, 示例代码：TicketDemo.java,5.4 同步, 线程安全问题产生的原因：, 多个线程在操作共享的数据；, 操作共享数据的线程代码有多条；, 当一个线程在执行操作共享数据的多条代码过程中，,其他线程参与了运行，就会导致线程安全问题的产 生；, 解决思路：, 将多条操作共享数据的线程代码封装起来，当线程,执行这些代码的时候，其他线程不可以参与运算的， 必须要当前线程把这些代码执行完后，其他线程才 可以参与运算。

10、,5.4.1 同步代码块, 解决方法一：同步代码块,格式：synchronized(对象),/需要同步的代码, 示例：TicketDemo.java, 同步的好处：解决了线程的安全问题；, 同步的弊端：相对降低了效率，因为同步外的,线程的都会判断同步锁；,5.4.1 同步代码块, 同步的前提：, 必须有多个线程并使用同一个锁；, 例如：将买票中的锁(Object obj=new Object)定义在,run方法中，看会出现什么问题？,void run() ,Object obj=new Object(); While(true) ,Synchronized(obj) ,/code, ,示例,

11、需求：银行存钱入金库，两个储户存钱三次，每次,存1000元, 步骤：,1、定义Bank类（域：账户总额、方法：存钱方法save(int,num)）；,2、定义储户实现Runnable方法：实现run方法，调用Bank,的save方法存钱三次；,3、定义两个储户线程进行存钱操作；,问题：是否存在线程安全问题？输出前加sleep 利用同步代码块来解决。 是否还存在其它的方式。, 代码示例：BankDemo.java,5.4.2 同步函数, 解决方法二：同步函数 函数利用synchronized修饰, 上例中：利用synchronized修饰save方法, 问题：同步代码块的同步锁是定义的对象obj

12、，同步函数的锁是,什么呢？, 同步函数使用的锁是this, 分析：将购票程序中的run方法设为同步函数，看看效果，分析为,什么？一个线程进入后一直不出来，同步函数设置不对，因 为while(true)不需要同步；, 解决方法：将同步的代码封装成同步函数，在run中调用； 通过购票程序中同时利用同步代码块和同步函数来售票解释同步,函数的锁是this，代码示例：TicketDemo2.java, 问题：如果同步函数为静态函数，那么同步代码块中锁用什,么？this.getClass()或类名.class(生成的字节码文件), 注：不要将不需要同步的代码设为同步；,5.4.3 同步代码块与同步函数的区

13、别, 同步函数与同步代码块的区别：, 同步函数的锁是固定的this;, 同步代码块的锁是任意的对象； 建议使用同步代码块；,自学内容：单例设计模式中的多线程问题。* 懒汉式的线程安全问题。,5.5 中断线程, 线程将在它的run方法返回时候同时终止； 可以使用stop方法来终止线程但这个方,法已经不使用了；, 可以采用interrupt方法终止一个线程；, 当interrupt在一个线程上调用时候，该线程,的中断状态会被置位这是一个布尔标识， 存在于线程中；, 每个线程应该不断的检查中断状态标识，,以判断线程是否应该被中断；,5.5 中断线程, 利用Thread.currentThread()

14、方法获取当前线程； 调用isInterrupted方法来判断；,while(!Thread.currentThread().isInterrupted() ,/执行的代码, 但是如果一个线程被阻塞，它就无法检查中断,状态，就产生InterruptedException异常：当一 个被阻塞的线程调用interrupt()方法，阻塞调 用（sleep或wait）就会被InterruptedException 异常终止；,利用如下形式：,5.5 中断线程, public void run() try .,while(!Thread.currentThread().isInterrup ted() /

15、执行的代码,/如果每次工作迭代之后都调用sleep() 方法，那么isInterrupted就不需要检 查了，因为在阻塞状态调用sleep就会 抛出异常。 public void run() , catch(InterruptedException e),/线程在阻塞时候被中断,finally,/, ,try . while() ,/执行的代码 Threadsleep();,catch(InterruptedExceptione),/线程在阻塞时候被中断, ,finally,/, ,5.6 线程的状态, ,线程的四种状态 New(新生) Runnable(可运行) Blocked(被阻塞) D

16、ead(死亡),5.6.1 新生线程, 使用new创建一个线程时候： 例如：new Thread(r);, 线程还没有开始运行，处于新生(new)状态 处于该状态时候，程序还没有运行线程中,的代码,5.6.2 可运行线程, 一旦调用了start方法，该线程就称为可运行,状态（Runnable）;, 注意：一个可运行线程可能实际上在运行，,也可能没有运行 决定于操作系统为该线 程提供的运行时间。, 线程一旦运行，它不需要始终保持运行，,有时候会中断，目的是使其他线程获得运 行的机会；,5.6.3 被阻塞线程, 当发生以下任何一种情况时候，线程就进,入阻塞状态：, 线程通过调用sleep方法进入睡

17、眠状态；, 线程调用一个在I/O上被阻塞的操作，即该操作,在输入输出之前不会返回给它的调用者；, 线程试图得到一个锁，而该锁正被其他线程所,持有；, 线程在等待某个触发条件；, 有人调用了线程的suspend方法该方法已过,时，不用,5.6.4 死线程, run方法正常退出而自然死亡, 因为一个未捕获的异常终止了run方法而使,线程猝死；, 判断线程是在当前是否存活：isAlive方法, 如果线程可运行或阻塞，返回true;, 如果线程在new状态且不可运行或者线程死亡,了，返回false,5.6.5 线程的状态转化,通过以下途径之一，从阻塞状,态回到可运行状态：,1）线程被置于睡眠状态，且,

18、已经过了指定的毫秒数；,2）线程正在等待I/O操作的完,成，且该操作已经完成；,3）线程正等待另一个线程持,有的锁，且另一个线程已 经释放该锁的所有权；,4）线程正在等待某个触发条,件，且另外一个线程发出 了信号表明条件已经发生 了变化；,5）线程已经挂起，且有人调,用了它的resume方法； resume方法已过时,5.7 死锁, 回顾“购票程序”：, 在同步函数中加锁；, 同步块中调用同步函数； 会出现什么现象？死锁 解释这种现象的原因。, 示例：TicketDemo4.java, 注：Java编程语言中没有任何东西能够避免,或者打破这种死锁现象。你必须仔细设计 你的程序确保死锁不会发生。

19、,5.8 线程间通信, ,购票程序示例和存款程序示例：多个线程执行，但是执行是相同的任 务。 线程间通信：多个线程在处理多个资源，但是执行的任务却不相同； 例如：存款和取款 示例：设计一个简单多线程程序，一个线程在对某个资源进行赋值操 作，另一个线程对某个资源进行取操作； 步骤：, ,1、定义一个资源类 2、定义一个Input类实现Runnable接口 3、定义一个Output类实现Runnable接口 4、定义两个线程，一个负责输入 一个负责输出, ,示例代码：ResourceDemo.java 运行代码看效果，为什么？解决办法？ 增加同步，再看效果，会有什么问题？ 如何解决：每赋值一次，然

20、后输出一次？,5.8.1 等待唤醒机制, ResourceDemo例子解决办法：, 定义一个标记flag，如果为true，则输出；否则,进行输出；然后更改标记；, 问题：如果标记为true，而输入线程获得执,行权，如何做？, 解决：需要对当前线程进行冻结。采用,wait()函数。当执行完输出后要将输入线程 进行唤醒notify()。等待唤醒机制, 示例代码： ResourceDemo2.java,5.8.1 等待唤醒机制, wait():让线程处于冻结状态，被wait的线程会存储在,线程池中。, notify():唤醒线程池中一个线程（任意） notifyAll():唤醒线程池中的所有线程。,

21、 注意：这些方法都必须定义在同步代码或同步函数 中因为这些方法用于操作线程状态的方法，必,须要明确到底操作的是哪个锁上的线程。, 问题：为什么线程的操作方法wait等定义在Object中？, 因为这些方法是监视器的方法，监视器就是锁。锁可,以是任意的对象，任意的对象调用的方式一定定义在 Object类中,5.8.1 等待唤醒机制, 作业：,将ResourceDemo2例子改成合理的实现方式。,5.8.2 生产者-消费者, 生产者-消费者（producer-consumer）问题，也称作,有界缓冲区（bounded-buffer）问题，两个进程共享 一个公共的固定大小的缓冲区。其中一个是生产者，

22、 用于将消息放入缓冲区；另外一个是消费者，用于 从缓冲区中取出消息。, 示例：定义生产者线程和消费者线程，并模拟多次,生产和消费。, 一个生产者线程和一个消费者线程；（定义标记flag） 多个生产者和多个消费者：分析原因？, 等待的线程不会去判断标记，如果改为while(flag)会出,现什么问题？, 示例代码：ProduceConsumeDemo.java,5.8.2 生产者-消费者 如何解决多生产者-多消费者的问题？ 出现的问题是因为唤醒多个线程，CPU执行权选择给同类线程导致 的；应该唤醒对方线程，但是没有办法唤醒指定的线程。 生产者与消费者模型中，要保证以下几点：, ,1 同一时间内只

23、能有一个生产者生产 2 同一时间内只能有一个消费者消费 3 生产者生产的同时消费者不能消费 4 消费者消费的同时生产者不能生产,生产方法加锁sychronized 消费方法加锁sychronized 生产方法加锁sychronized 消费方法加锁sychronized,5 共享空间空时消费者不能继续消费 消费前循环判断是否为空， 空的话将该线程wait，释放锁允许其他同步方法执行, 6 共享空间满时生产者不能继续生产 生产前循环判断是否为满， 满的话将该线程wait，释放锁允许其他同步方法执行,5.8.2 生产者-消费者, if判断标记：只判断一次，会导致不 该运行的线程运行了，出现了数据错

24、 误的情况，线程不安全； 解决方法：While判断标记，解决了线 程获取执行权后，是否要运行；,Resource,t0 t1,t2 t3, notify:只能唤醒一个线程，如果唤醒 的是同方线程，如果利用while判断标 记就会出现死锁； notifyAll:把所有的线程都唤醒，解决 了死锁的问题。 示例代码： ProduceConsumeDemo.java 问题：效率问题，每次唤醒所有的线 程，需要判断标记，效率低，能否唤 醒只对方线程？,线程池 分析：wait的线程会放入到线程 池中。如果flag=false,t2，t3会放入到 线程池中，t0生成完，flag=true, T0等待，放入线

25、程池，唤醒t1, 此时flag为true，t1也等待，放入 线程池，这样就没有唤醒的线程， 导致死锁。,5.8.3 ReentranLock对象, synchronized关键字自动提供了一个锁和关联,的“条件”。 JDK5.0以后，引进了 ReentranLock类。结构如下：,Lock myLock=new ReentranLock(); myLock.lock(); try ,/同步代码,finally ,myLock.unlock();/释放锁,5.8.3 ReentrantLock对象, 将多生产者和多消费者程序改用ReentrantLock,对象来实现：, Condition co

26、n= myLock.newCondition();/利用当,前锁来获得当前“条件”对象监视器, Condition类：, await():造成当前线程在接到信号或被中断之前一,直处于等待状态。, signal(),唤醒一个等待线程, signalAll(),唤醒所有等待线程。,5.8.3 ReentrantLock对象, 用法：, Lock myLock=new ReentrantLock();, Condition con= myLock.newCondition(); con.await();, con.signalAll();, 利用ReentrantLock与Condition实现代码

27、：, ProduceConsumeDemo2.java, 分析与同步代码块的区别？, 还是没有解决唤醒对方线程，如何做？,5.8.3 ReentrantLock对象 解决方法：用相同的锁建议定义两个监视器对象：生产 者监视器、消费者监视器 代码： Condition producer_con=lock.newCondition(); Condition consumer_con=lock.newCondition();, ,/生产者代码中 生产者监视器使当前线程等待： producer_con.await(); 消费者监视器唤醒消费者线程： Consumer_con.signal(); 反之一

28、样, 示例代码： ProduceConsumeDemo3.java,5.8.3 ReentrantLock对象, Lock接口：出现替代了同步代码块或同步函数，,将同步的隐式锁操作变成现实锁操作。操作更 灵活，可以一个锁加多组监视器；, lock：获取锁, Unlock:释放锁，通常需要定义在finally代码块中；, Condition接口：替代了Object了Object中的wait、,notify、notifyAll方法。将这些监视器方法单独 进行了封装，变成了Condition监视器对象。, await(): signal():, signalAll():,5.8.3 wait和sle

29、ep的区别, Wait可以指定时间也可以不指定； Sleep必须指定时间；, 在同步中，对cpu的执行权和锁的处理不同：, Wait:释放执行权，释放锁 Sleep:释放执行权，不释放锁,5.9 线程中的其它方法*, 中断线程interrupt方法：, 中断线程两种方法：一种定义标记，判断,标记来中断线程；另一种通过interrupt方法 进行中断线程；, 守护线程方法：setDaemon(boolean on)方,法,也可以认为是后台线程。, , 自己参考jdk手册去使用这些方法,5.10 小结, ,本章介绍了Java多线程编程，主要内容： 多线程的概念 创建多线程的方法：Thread 和Runnable 线程安全问题同步代码或同步函数 生产者和消费者模型： 等待唤醒机制 ReentrantLock类和Condition类,作业, 编程练习：, 实现现实生活中的“生产者和消费者”的例子, 要求：多生产者与多消费者,