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1、第十三章,线 程,2,本章内容,线程的概念模型 线程的创建和启动 线程的状态控制 临界资源、对象锁和死锁 线程的互斥和同步,3,什么是线程,线程是一个程序内部的顺序控制流。 线程和进程 每个进程都有独立的代码和数据空间(进程上下文),进程切换的开销大。 线程: 轻量的进程,同一类线程共享代码和数据空间,每个线程有独立的运行栈和程序计数器(PC),线程切换的开销小。 多进程: 在操作系统中能同时运行多个任务(程序) 多线程: 在同一应用程序中有多个顺序流同时执行,4,线程的概念模型,虚拟的CPU,由java.lang.Thread类封装和虚拟 CPU所执行的代码,传递给Thread类对象。 CP
2、U所处理的数据,传递给Thread类对象。,代 码,数 据,虚拟CPU,Java线程模型,5,线程体,Java的线程是通过java.lang.Thread类来实现的。 每个线程都是通过某个特定Thread对象所对应的方法run( )来完成其操作的,方法run( )称为线程体。,6,创建线程 -通过实现Runnable接口,public class TestThread1 public static void main(String args) Runner1 r = new Runner1(); Thread t = new Thread(r); t.start(); class Runner
3、1 implements Runnable public void run() for(int i=0; i30; i+) System.out.println(“No. “ + i); ,7,多线程,Java中引入线程机制的目的在于实现多线程 可以使用同一个Runnable接口(的实现类)类型的实例构造多个线程 多线程之间可以共享代码和数据 举例 Thread t1 = new Thread(r); Thread t2 = new Thread(r);,8,多线程举例,public class TestThread2 public static void main(String args)
4、Runner2 r = new Runner2(); Thread t1 = new Thread(r); Thread t2 = new Thread(r); t1.start(); t2.start(); class Runner2 implements Runnable public void run() for(int i=0; i30; i+) System.out.println(“No. “ + i); ,9,多线程共享数据和代码,class MyRunner implements Runnable class YourRunner implements Runnable MyR
5、unner m = new MyRunner(); YourRunner y1 = new YourRunner(); YourRunner y2 = new YourRunner(); Thread t1 = new Thread(m); Thread t2 = new Thread(y1); Thread t3 = new Thread(y2); Thread t4 = new Thread(y2);,10,启动线程,使用start() 方法启动线程 启动线程是使线程进入到可运行(runnable)状态,并不一定立即开始执行该线程 public class TestThread1 publ
6、ic static void main(String args) Runner1 r = new Runner1(); Thread t = new Thread(r); t.start(); ,11,线程状态转换(Thread Scheduling),12,线程状态转换举例,public class TestThread3 public static void main(String args) Runner3 r = new Runner3(); Thread t = new Thread(r); t.start(); class Runner3 implements Runnable p
7、ublic void run() for(int i=0; i30; i+) if(i%10=0 ,13,终止线程控制举例,public class TestThread4 public static void main(String args) Runner4 r = new Runner4(); Thread t = new Thread(r); t.start(); for(int i=0;i0) System.out.println(“in thread main i=“ + i); System.out.println(“Thread main is over“); r.shutDo
8、wn(); class Runner4 implements Runnable private boolean flag=true; public void run() int i = 0; while (flag=true) System.out.print(“ “ + i+); public void shutDown() flag = false; ,14,线程控制基本方法,15,join方法用法举例,public class TestThread5 public static void main(String args) Runner5 r = new Runner5(); Threa
9、d t = new Thread(r); t.start(); try t.join(); catch(InterruptedException e) for(int i=0;i50;i+) System.out.println(“主线程:“ + i); class Runner5 implements Runnable public void run() for(int i=0;i50;i+) System.out.println(“SubThread: “ + i); ,16,创建线程的第二种方式 -继承Thread类,public class TestThread6 public sta
10、tic void main(String args) Thread t = new Runner6(); t.start(); class Runner6 extends Thread public void run() for(int i=0;i50;i+) System.out.println(“SubThread: “ + i); ,17,两种创建线程方法的比较,使用Runnable接口 可以将CPU,代码和数据分开,形成清晰的模型; 还可以从其他类继承; 保持程序风格的一致性。 直接继承Thread类 不能再从其他类继承; 编写简单,可以直接操纵线程,无需使用Thread.curren
11、tThread()。,18,Ex1,分析并运行M13-6页的例子,体会通过实现Runnable接口创建线程的过程; 细化M13-16页程序,体会并实现通过继承Thread类创建线程,并要求实现下述输出结果:连续输出26个大写字母A Z ;,19,线程的调度,Java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程。线程调度器按照线程的优先级决定应调度哪些线程来执行。 setPriority(int)方法设置优先级 多数线程的调度是抢先式的。 时间片方式 非时间片方式,20,下面几种情况下,当前线程会放弃CPU: 线程调用了yield(),suspend()或sleep()方法主动放弃
12、; 由于当前线程进行I/O访问,外存读写,等待用户输入等操作,导致线程阻塞; 为等候一个条件变量,线程调用wait()方法; 抢先式系统下,有高优先级的线程参与调度;时间片方式下,当前时间片用完,有同优先级的线程参与调度。,线程的调度,21,线程的优先级,线程的优先级用数字来表示,范围从1到10,一个线程的缺省优先级是5 Thread.MIN_PRIORITY = 1 Thread.MAX_PRIORITY = 10 Thread.NORM_PRIORITY = 5 使用下述线方法获得或设置线程对象的优先级 int getPriority(); void setPriority(int new
13、Priority);,22,临界资源问题(1),class Stack int idx=0; char data = new char6; public void push(char c) dataidx = c; idx+; public char pop() idx-; return dataidx; 两个线程A和B在同时操纵Stack类的同一个实例(堆栈),A正在往堆栈里push一个数据,B则要从堆栈中pop一个数据。,23,1. 操作之前 data = | a | b | | | | | idx=2 2. A执行push中的第一个语句,将c推入堆栈; data = | a | b |
14、c | | | | idx=2 3. A还未执行idx+语句,A的执行被B中断,B执行pop方法,返回b: data = | a | b | c | | | | idx=1 4. A继续执行push的第二个语句: data = | a | b | c | | | | idx=2 最后的结果相当于c没有入栈, 产生这种问题的原因在于对共享数据访问的操作的不完整性。,临界资源问题(2),24,在Java语言中,引入了对象互斥锁的概念,来保证共享数据操作的完整性。 每个对象都对应于一个可称为“互斥锁”的标记,这个标记用来保证在任一时刻,只能有一个线程访问该对象。 关键字synchronized 来与
15、对象的互斥锁联系。当某个对象用synchronized修饰时,表明该对象在任一时刻只能由一个线程访问。,互斥锁,25,关键字Synchronized用法举例,public void push(char c) synchronized(this) dataidx=c; idx+; public char pop() synchronized(this) idx-; return dataidx; ,26,关键字Synchronized,synchronized 除了象上面放在对象前面限制一段代码的执行外,还可以放在方法声明中,表示整个方法为同步方法。 public synchronized vo
16、id push(char c) 如果synchronized用在类声明中,则表明该类中的所有方法都是synchronized的。 public synchronized class Stack ,27,实现多线程的同步,class SyncStack /支持多线程同步操作的堆栈的实现 private int index = 0; private char data = new char6; public synchronized void push(char c) while(index = data.length) try this.wait(); catch(InterruptedExce
17、ption e) this.notify(); dataindex = c; index+; public synchronized char pop() while(index =0) try this.wait(); catch(InterruptedException e) this.notify(); index-; return dataindex; ,28,生产者-消费者问题(1),生产者: class Producer implements Runnable SyncStack stack; public Producer(SyncStack s) stack = s; publ
18、ic void run() for(int i=0; i20; i+) char c =(char)(Math.random()*26+A); stack.push(c); System.out.println(“生产:“+c); try Thread.sleep(int)(Math.random()*100); catch(InterruptedException e) ,29,消费者: class Consumer implements Runnable SyncStack stack; public Consumer(SyncStack s) stack = s; public void
19、 run() for(int i=0;i20;i+) char c = stack.pop(); System.out.println(“消费: “+c); try Thread.sleep(int)(Math.random()*1000); catch(InterruptedException e) ,生产者-消费者问题(2),30,生产者-消费者问题(3),主程序: public class SyncTest public static void main(String args) SyncStack stack = new SyncStack(); Runnable p=new Producer(stack); Runnable c = new Consumer(stack); Thread t1 = new Thread(p); Thread t2 = new Thread(c); t1.start(); t2.start(); ,31,Ex2,分析并运行本讲义中的生产者-消费者问题实现程序,体会共享数据的使用和线程同步的含义及其实现; 其中堆栈类SyncStack的定义见M13-26页;,
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