java学习日记(线程)

java学习日记(线程)

一、线程的概念：
    线程与进程相似，是一段完成某个特定功能的代码，是程序中单个顺序的流控制；但与进程不同的是，同类的多个线程是共享一块内存空间和一组系统资源，而线程本身的数据通常只有微处理器的寄存器数据，以及一个供程序执行时使用的堆栈。所以系统在产生一个线程，或者在各个线程之间切换时，负担要比进程小的多，正因如此，线程被称为轻负荷进程（light-weight process）。一个进程中可以包含多个线程。

    一个线程是一个程序内部的顺序控制流。
　　1. 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。
　　2. 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。
　　3. 多进程：在操作系统中，能同时运行多个任务程序。
　　4. 多线程：在同一应用程序中，有多个顺序流同时执行。

    Java内在支持多线程，它的所有类都是在多线程下定义的，Java利用多线程使整个系统成为异步系统。
　　1. 虚拟的CPU，封装在java.lang.Thread类中。
　　2. CPU所执行的代码，传递给Thread类。
　　3. CPU所处理的数据，传递给Thread类。

二、线程的构造
    线程实例表示Java解释器中的真正的线程，通过它可以启动线程、终止线程、线程挂起等，每个线程都是通过类Thread在Java的软件包Java.lang中定义，它的构造方法为：

　　　public Thread （ThreadGroup group，Runnable target，String name）；

　　其中，group 指明该线程所属的线程组；target实际执行线程体的目标对象，它必须实现接口Runnable； name为线程名。Java中的每个线程都有自己的名称，Java提供了不同Thread类构造器，允许给线程指定名称。如果name为null时，则 Java自动提供唯一的名称。
当上述构造方法的某个参数为null时，我们可得到下面的几个构造方法：

　　public Thread （）；
　　public Thread （Runnable target）；
　　public Thread （Runnable target，String name）；
　　public Thread （String name）；
　　public Thread （ThreadGroup group，Runnable target）；
　　public Thread （ThreadGroup group，String name）；

　　一个类声明实现Runnable接口就可以充当线程体，在接口Runnable中只定义了一个方法 run（）：
　　　　　　　public void run（）；

　　任何实现接口Runnable的对象都可以作为一个线程的目标对象，类Thread本身也实现了接口Runnable，因此我们可以通过两种方法实现线程体。

　　（一）定义一个线程类，它继承线程类Thread并重写其中的方法 run（），这时在初始化这个类的实例时，目标target可为null，表示由这个实例对来执行线程体。由于Java只支持单重继承，用这种方法定义的类不能再继承其它父类。

　　（二）提供一个实现接口Runnable的类作为一个线程的目标对象，在初始化一个Thread类或者Thread子类的线程对象时，把目标对象传递给这个线程实例，由该目标对象提供线程体 run（）。这时，实现接口Runnable的类仍然可以继承其它父类。

三、线程的状态
　　每个线程都是通过某个特定Thread对象的方法run( )来完成其操作的，方法run( )称为线程体。下图表示了java线程的不同状态以及状态之间转换所调用的方法。
  
    1. 创建状态(new Thread)
　　执行下列语句时，线程就处于创建状态：
　　Thread myThread = new Thread( );
　　当一个线程处于创建状态时，它仅仅是一个空的线程对象，系统不为它分配资源。

　　2. 可运行状态( Runnable )
　　Thread myThread = new Thread( );
　　myThread.start( );
　　当一个线程处于可运行状态时，系统为这个线程分配了它需的系统资源，安排其运行并调用线程运行方法，这样就使得该线程处于可运行( Runnable )状态。需要注意的是这一状态并不是运行中状态（Running )，因为线程也许实际上并未真正运行。由于很多计算机都是单处理器的，所以要在同一时刻运行所有的处于可运行状态的线程是不可能的，Java的运行系统必须实现调度来保证这些线程共享处理器。
　　
　　3. 不可运行状态（Not Runnable）
　　进入不可运行状态的原因有如下几条：
　　1) 调用了sleep（）方法;
　　2) 调用了suspend（）方法;
　　3) 为等候一个条件变量，线程调用wait（）方法;
　　4) 输入输出流中发生线程阻塞;
　　不可运行状态也称为阻塞状态（Blocked）。因为某种原因（输入/输出、等待消息或其它阻塞情况），系统不能执行线程的状态。这时即使处理器空闲，也不能执行该线程。

　　4. 死亡状态（Dead）
　　线程的终止一般可通过两种方法实现：自然撤消（线程执行完）或是被停止（调用stop()方法）。目前不推荐通过调用stop()来终止线程的执行，而是让线程执行完。


四、有关线程的一些长用的方法
     1. sleep(long millis)
     这个方法是一个静态的方法，也就是说我们可以直接调用它，如Thread.sleep(5000)就是指让目前正在运行的线程先停下工作等待5000毫秒。有一点需要注意的是：不能肯定这个线程在过5000毫秒肯定会立刻被执行。

     2.interrupt()
     这个方法用来打断一个线程(感觉说睡眠中的进程更加合适)。这个方法的作用可以举个例子来看一下:
public class TestInterrupt extends Thread
{

    /** Creates a new instance of TestInterrupt */
    public TestInterrupt()
    {
    }

    public void run()
    {
        try
        {

            for ( int i=0; i<5; i++)
            {
                System.out.println("running the first loop " + i);
            }
            Thread.sleep(10000);

            for ( int i=6; i<10; i++)
            {
                System.out.println("running the second loop" + i);
            }

        }catch (InterruptedException ie)
        {
            System.out.println("Sleep interrupted in run()");
            for ( int i=11; i<15; i++)
            {
                System.out.println("running the third loop" + i);
            }

        }

    }

    public static void main(String[] args)
    {
        TestInterrupt ti = new TestInterrupt();
        Thread t = new Thread(ti);
        t.start();

        //Delay for a few seconds to let the other thread get going
        try
        {
            Thread.sleep(2500);
        }catch (InterruptedException ie)
        {
            System.out.println("Sleep interrupted in main()");
        }

        System.out.println("About to wake up the other thread");
        t.interrupt();
        System.out.println("Exiting from Main");

    }
}

    上面的例子中假如没有t.interropt()的话，程序运行做的就是
    for ( int i=6; i<10; i++)
            {
                System.out.println("running the second loop" + i);
            }
   加上以后做的就是catch中的内容了.

   3.join()和join(long millis)
   join()这个函数的作用是使得目前正在运行的线程假如为a停下来，一直到调用join()方法的这个线程b被执行完毕，再继续一开始的线程a;
   看个例子好了:
public class TestJoin1 extends Thread
{

    /** Creates a new instance of TestJoin1 */
    public TestJoin1()
    {
    }

    public void run()
    {
        try
        {

            for ( int i=0; i<5; i++)
            {
                System.out.println("running the first loop " + i);
            }
            Thread.sleep(1000);

            for ( int i=6; i<10; i++)
            {
                System.out.println("running the second loop" + i);
            }

        }catch (InterruptedException ie)
        {
            System.out.println("Sleep interrupted in run()");
        }

    }

    public static void main(String[] args)
    {
       try
        {
            TestJoin1 ti = new TestJoin1();
            Thread t = new Thread(ti);
            t.start();
          t.join();

            for ( int i=11; i<15; i++)
            {
                System.out.println("running the third loop" + i);
            }
        }catch (InterruptedException ie)
        {
            System.out.println("Join interrupted in run()");
       }

        System.out.println("Exiting from Main");

    }
}
    这个程序的结果是先让t.join()时刻正在运行的线程(其实就是main)被搁置,做完了t这个线程的所有内容，再回到main线程继续做的 t.join();语句后剩下的内容.假如把t.join()这行去掉的话，在一般的计算机上跑出来的结果应该是先做了main所有的内容再去做t线程的内容.

    join(long millis)这个方法和join()方法差不多，都是正在执行的线程a被搁置，去做调用join(long millis)这个方法的线程b的run里面的内容。但后面的millis这个参数决定了b这个线程能被优先运行多少时间(millis代表多少毫秒)，millis豪秒过后b线程即使没有运行完毕，也会回到线程a.
    底下的一个程序能很好的说明这个问题:
public class TestJoin2 extends Thread
{

    /** Creates a new instance of TestJoin2 */
    public TestJoin2()
    {
    }

    public void run()
    {
        try
        {

            for ( int i=0; i<5; i++)
            {
                System.out.println("running the first loop " + i);
            }
            Thread.sleep(3500);

            for ( int i=6; i<10; i++)
            {
                System.out.println("running the second loop" + i);
            }

        }catch (InterruptedException ie)
        {
            System.out.println("Sleep interrupted in run()");
        }

    }

    public static void main(String[] args)
    {
        try
        {
            TestJoin2 t2 = new TestJoin2();
            Thread t = new Thread(t2);
            t.start();
            t.join(3000);

            for ( int i=11; i<15; i++)
            {
                System.out.println("running the third loop" + i);
            }
        }catch (InterruptedException ie)
        {
            System.out.println("Join interrupted in run()");
        }
        System.out.println("Exiting from Main");

    }
}

     看了这么多以后，好象很容易产生一种误解join()这个函数就是让调用这个方法的线程b优先(第一个)被执行.其实事实并不是这样的，join()的作用如上面所说的，它只能让目前运行的线程a搁置等，等b执行完毕再开始执行a.
    底下的程序可以让人消除这中误解:
public class Test extends Thread
{
public Test(String a)
{
  super(a);
}


public void run()
{
  System.out.println(this.getName());
}

public static void main(String [] args)
{
  Test a = new Test("a");
  Test b = new Test("b");
  Test c = new Test("c");
 
  a.start();
  b.start();
  c.start();
  try
  {
   c.join();
  }
  catch(Exception e){
  }
  System.out.println("This is Main!");
}
}

看了运行结果是a,b先被执行了，然后才是c,最后是main^^;

    4.关于synchronized
    这个关键字出现的目的是为了让几个线程能同步，举一个最简单的例子。一个电影院有20张票要卖，它有3个售票员。
    写个程序来证实一下不用synchronized的结果好了，需要使用sleep()函数来制造出这种可能(线程的执行时机谁也不能预料)出现的情况:
public class Sell
{
public static void main(String [] args)
{
  SellThread sell = new SellThread();
  Thread sell1 = new Thread(sell,"sellman1");
  Thread sell2 = new Thread(sell,"sellman2");
  Thread sell3 = new Thread(sell,"sellman3");
  sell1.start();
  sell2.start();
  sell3.start();
}
}

class SellThread implements Runnable
{
private int i = 20;
public void run()
{
  while(true)
  { 
     if( i > 0)
     {
      try
    {
    Thread.sleep(100);
    } catch(Exception e)
    {
    }
  
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sell " + i--);
    }
  }
}
}

结果一共卖掉了22张票(估计电影院以为无缘无故多收了门票钱会很高兴，不过一会也许就要面对愤怒的顾客了....)
  这个时候我们的synchronized应该发挥作用了^^修改程序如下:
public class Sell2
{
public static void main(String [] args)
{
  SellThread sell = new SellThread();
  Thread sell1 = new Thread(sell,"sellman1");
  Thread sell2 = new Thread(sell,"sellman2");
  Thread sell3 = new Thread(sell,"sellman3");
  sell1.start();
  sell2.start();
  sell3.start();
}
}

class SellThread implements Runnable
{
private int i = 20;
String a = "now ok!";
public void run()
{
  while(true)
  { 
     synchronized(a)
     {
      if( i > 0)
      {
       try
     {
      Thread.sleep(100);
     } catch(Exception e)
     {
     }
  
     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sell " + i--);
    }
   }
  }
}
}

    这样就好了只会卖20张票了， synchronized()中的括号中需要的是一个class的对象所以我们不能直接在括号中写上i,就定义了一个String的对象a,a的标志旗 (不知道说什么更合适)本来为1代表大家都能使用,这样一个售票员selln的卖票线程拿到了a以后他就可以开始卖票，同时他把a这个对象标志旗置为0, 然后其他售票员卖票的线程发现他们拿不到a这个对象了就只先搁置了.一直到selln的卖票线程释放了a,a的标志旗就又变成了1,这个时候其他售票员的卖票的线程就可以竞争了，看谁先拿到a这个对象.不过String a和卖票没什么关系，所以我们可以用this来代替synchronized()中的a，它和a的效果一样表示谁拿到了this对象才能执行.


    这里有两个容易误解的地方:
    (1).一个线程拿到synchronized的括号中的对象之后,其他也要需要拿到这个对象才能运行的线程不能被执行了.其实是其他线程也是可以执行的，但他们执行到了需要synchronized中对象的时候，他们发现对象的标志旗为0，所以只能又被搁置了。(看来幸运女神只能同时光顾一个人^^）所以我们用synchronized来使得线程同步的时候是以牺牲效率为代价的，所以不需要使用的地方就别用好了.

    (2),一个线程拿到synchronized的括号中的对象之后,其他任何线程都不能执行了，其实假如其他不需要synchronized的对象才能继续执行的线程还是可以和拿到synchronized的括号中的对象的线程一起运行的。

    有的方法前面被加上了synchronized.其实这个时候就是把这个方法的调用者，也就是this的标志旗置0了，他不能和其他需要this才能运行的线程一起执行，但可以和其他不需要这个this对象的线程一起运行。

    5.wait()和notify()或者notifyAll()
    这个几个函数是为了使得几个同步的线程按照一定的先后顺序执行。
    都是和synchronized()一起使用,设()中对象为Obj吧。
    有一点需要注意的是，我们应该让需要Obj.wait的线程先启动。因为执行顺序是需要Obj.wait()的线程a先启动，然后它运行到 Obj.wait()的时候，进入搁置状态,让其他线程先执行。于是带用Obj.notify()的线程b开始执行了，一直到b执行到了 Obj.notify()以后(Obj.notify()实际上就是通知因为Obj.wait()被搁置的线程:"轮到你了"),b被搁置，然后继续做a 的Obj.wait()以后的内容.
    所以我们假如让带有Obj.notify()的线程b先运行的话，那么b执行完毕以后，b执行的Obj.notify()没有找到任何在因 Obj.wait()而进入搁置状态的线程.然后开始做带有Obj.wait()的线程a的话.a运行到了Obj.wait()就进入搁置状态，等待另外一个线程中的Obj.notify()来唤醒它，不过可惜它永远也等不到了，因为带有Obj.notify()的线程已经到搁置的线程中来找过它一次，很可惜的是没找到.于是线程a就一直搁置了...(感觉有点像爱情剧...);
   举个例子好了:
public class ThreadTest
{
public static void main(String [] args)
{
  Storage stor = new Storage();
  Counter a = new Counter(stor);
  Printer b = new Printer(stor);
 

  a.start();
  b.start();
}
}

class Storage
{
public int i = 0;
}

class Counter extends Thread
{
private Storage a;
public Counter(Storage stor)
{
  a = stor;
}

public void run()
{ 
  System.out.println("Hi");
  try
  {
  sleep(100);
  }
  catch(Exception e) {}
  int i = 0;
  while(i < 5)
  {
   synchronized(a)
   {
   System.out.println("Counter");
   a.i = (int)(Math.random()*50);
   System.out.println(a.i);
   a.notify();
   }
   System.out.println("Counter2");
   ++i;  
  }
  
}
}

class Printer extends Thread
{
private Storage a;
public Printer(Storage stor)
{
  a = stor;
}

public void run()
{
  int i = 0;
  while(i < 5)
  {
  synchronized(a)
  {
   System.out.println("Printer");
   try{
          a.wait();
       }
      catch(InterruptedException e) {}
   System.out.println(a.i);
  }
  System.out.println("Printer2");
  ++i;
  }
}
}

运行好了以后把
  try
  {
  sleep(100);
  }
  catch(Exception e) {}
    这几行注释掉再看看运行结果吧。

    还有两点说下：
    (1).假如几个线程因为Obj.wait()进入搁置的话，那么只要一个Obj.notifyAll()执行以后，他们都处于可以运行状态，不过到底谁先运行我们不就知道。

    (2).sleep()和wait()有时候可以执行相同的功能不过要注意的是thread.sleep(long a)过了a毫秒以后，表示可以开始执行了，不代表thread立刻被执行。thread.wait()一但接受到了thread.notify()以后是立刻被执行的.