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java多线程详解

时间：2014-04-29 17:12:45   收藏：0   阅读：527

转自：线程间通信、等待唤醒机制、生产者消费者问题(Lock,Condition)、停止线程和守护线程、线程优先级

1  线程间通信

1.1  线程间通信

其实就是多个线程在操作同一个资源，但是操作的动作不同。

比如一个线程给一个变量赋值，而另一个线程打印这个变量。

 

1.2  等待唤醒机制

wait()：将线程等待，释放了CPU执行权，同时将线程对象存储到线程池中。

notify()：唤醒线程池中一个等待的线程，若线程池有多个等待的线程，则任意唤醒一个。

notifyAll()：唤醒线程池中，所有的等待中的线程。

 

这三个方法都要使用在同步中，因为要对持有锁的线程进行操作。

比如，A锁上的线程被wait了，那么这个线程就进入了A锁的线程池中，只能被A锁的notify唤醒，而不能被不同锁的其他线程唤醒。

所以这三个方法要使用在同步中，因为只有同步才具有锁。

而锁可以是任意对象，这三个方法被锁调用，所以这三个方法可以被任意对象调用，所以这三个方法定义在Object类中。

 

wait()和sleep()的区别：

wait()：可以指定等待的时间，也可以不指定时间，如果不指定时间，就只能被同一个锁的notify或notifyAll唤醒。wait时线程会释放CPU执行权，并且会释放锁。

sleep()：必须指定线程休眠的时间，线程休眠即暂停执行。时间到了，线程就自动苏醒，恢复运行。sleep时线程会释放执行权，但不释放锁。

 

线程的停止：

1，如果run()方法中定义了循环，可以用循环结束标记，跳出循环，则线程就停止了。 

2，如果线程已被冻结，读不到循环结束标记，则需要通过Thread类的interrupt方法中断线程，让线程重新获得执行的资格，从而可以读到循环结束标记，而结束线程。

3，setDaemon(true)方法将当前线程标记为守护线程，当运行的线程都是守护线程时，则Java虚拟机退出。该方法必须在启动线程前调用。

 

等待唤醒机制代码，实现两个线程交替执行，在控制台上交替打印两个字符串。

等待和唤醒是同一个锁r：

 

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  1. //两个线程交替执行，在控制台交替打印两串字符串。  
  2. class Res{  
  3.     String name;  
  4.     String sex;  
  5.     boolean flag = false; //等待唤醒机制  
  6. }  
  7. class Input implements Runnable{  
  8.     private Res r;  
  9.     Input(Res r){  
  10.         this.r = r;  
  11.     }  
  12.     public void run(){  
  13.         int x = 0;  
  14.         while(true){  
  15.             synchronized(r){  //等待和唤醒，是同一个锁。  
  16.                 if(r.flag)    //等待唤醒机制，true则等待，false则执行  
  17.                     try{r.wait();}catch(Exception e){}  //线程等待，进入线程池  
  18.                 if(x == 0){  
  19.                     r.name = "LuoQi";  
  20.                     r.sex = "man";  
  21.                 }  
  22.                 else{  
  23.                     r.name = "丽丽";  //赋值时，赋值了name还没赋值sex，就打印“lili----male”,加同步锁，牢记同步前提。  
  24.                     r.sex = "女";  
  25.                 }  
  26.                 x = (x+1)%2;  
  27.                 r.flag = true;  //等待唤醒机制  
  28.                 r.notify();  //任意唤醒线程池里的一个被等待的线程  //等待唤醒机制  
  29.             }  
  30.         }  
  31.     }  
  32. }  
  33. class Output implements Runnable{  
  34.     private Res r;  
  35.     Output(Res r){  
  36.         this.r = r;  
  37.     }  
  38.     public void run(){  
  39.         while(true){  
  40.             synchronized(r){  //等待和唤醒，是同一个锁。  
  41.                 if(!r.flag)   //等待唤醒机制，false则等待，true则执行  
  42.                     try{r.wait();}catch(Exception e){}  //线程等待，进入线程池  
  43.                 System.out.println(r.name+"----"+r.sex);  
  44.                 r.flag = false;  //等待唤醒机制  
  45.                 r.notify();  //唤醒Input线程  //等待唤醒机制  
  46.             }  
  47.         }  
  48.     }  
  49. }  
  50. class ThreadCommunication{  
  51.     public static void main(String[] args){  
  52.         Res r = new Res();  
  53.           
  54.         Input in = new Input(r);  
  55.         Output out = new Output(r);  
  56.           
  57.         Thread t1 = new Thread(in);  
  58.         Thread t2 = new Thread(out);  
  59.         t1.start();  
  60.         t2.start();  
  61.     }  
  62. }  

 

 

以上代码中，把两个同步代码块中的代码，封装成两个同步方法，一个更改两个字段的值，另一个打印两个字段的值。

两个同步方法写在Res类中，这样同步锁都是Res.class字节码文件，保证了等待和唤醒是同一个锁：

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  1. //两个线程交替执行，在控制台交替打印两串字符串。  
  2. class Res{  
  3.     String name;  
  4.     String sex;  
  5.     boolean flag = false;   
  6.       
  7.     public synchronized void setRes(String name,String sex){ //同步函数  
  8.         if(this.flag)    //flag为true，则线程等待进入线程池。  
  9.             try{this.wait();}catch(Exception e){}   
  10.         this.name = name;  //flag为false，则线程继续执行。  
  11.         this .sex = sex;  
  12.         this.flag = true;  
  13.         this.notify();   //任意唤醒线程池中一个等待的线程  
  14.     }  
  15.     public synchronized void getRes(){  
  16.         if(!this.flag)  //flag为false，则线程等待进入线程池。  
  17.             try{this.wait();}catch(Exception e){}   
  18.         System.out.println(this.name+"----"+this.sex); //flag为true则继续执行  
  19.         this.flag = false;  
  20.         this.notify();  //任意唤醒线程池中一个等待的线程  
  21.     }  
  22. }  
  23. class Input implements Runnable{  
  24.     private Res r;  
  25.     Input(Res r){  
  26.         this.r = r;  
  27.     }  
  28.     public void run(){  
  29.         int x = 0;  
  30.         while(true){  
  31.             if(x == 0)  
  32.                 r.setRes("LuoQi","man");  
  33.             else  
  34.                 r.setRes("丽丽","女");  
  35.             x = (x+1)%2;      
  36.         }  
  37.     }  
  38. }  
  39. class Output implements Runnable{  
  40.     private Res r;  
  41.     Output(Res r){  
  42.         this.r = r;  
  43.     }  
  44.     public void run(){  
  45.         while(true){  
  46.             r.getRes();  
  47.         }  
  48.     }  
  49. }  
  50. class ThreadCommunication2{  
  51.     public static void main(String[] args){  
  52.         Res r = new Res();  
  53.           
  54.         Input in = new Input(r);  
  55.         Output out = new Output(r);  
  56.           
  57.         Thread t1 = new Thread(in);  
  58.         Thread t2 = new Thread(out);  
  59.         t1.start();  
  60.         t2.start();  
  61.     }  
  62. }  

 

2  生产者消费者问题

2.1  JDK1.5以前

使用线程间通信和线程同步解决生产者消费者问题。

 

while循环判断标记和notifyAll()：

当出现多个生产者和多个消费者时，必须用while循环判断标记，和notifyAll唤醒全部线程。

对于多个生产者和消费者，为什么要定义while判断标记？

原因：让被唤醒的线程再一次判断标记。

为什么使用notifyAll()？

因为需要唤醒对方线程，因为notify是随机唤醒一个线程，容易出现只唤醒本方线程的情况，导致程序中的所有线程都等待。

 

代码和注释：

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  1. package mypkg;  
  2. class ProducerConsumerDemo{  
  3.     public static void main(String[] args){  
  4.         Resource r = new Resource();  
  5.           
  6.         Producer pro = new Producer(r);  
  7.         Consumer con = new Consumer(r);  
  8.           
  9.         Thread t1 = new Thread(pro);  //两个生产者线程  
  10.         Thread t2 = new Thread(pro);  
  11.         Thread t3 = new Thread(con);  //两个消费者线程  
  12.         Thread t4 = new Thread(con);  
  13.         t1.start();  
  14.         t2.start();  
  15.         t3.start();  
  16.         t4.start();   
  17.     }  
  18. }  
  19. class Resource{  
  20.     private String name;  
  21.     private int count = 1;  
  22.     private boolean flag = false;  
  23.       
  24.     public synchronized void set(String name){  //t1  t2  
  25.         while(this.flag)           //while循环判断标记，让被唤醒的线程再次判断标记。标记为true则线程等待，为false则线程继续执行  
  26.             try{this.wait();} catch(Exception e){}  
  27.         this.name = name+"--"+count++;  
  28.         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---生产者---"+this.name);  
  29.         this.flag = true;  
  30.         this.notifyAll();   //必须唤醒对方，索性唤醒全部。因为有可能生产者唤醒了生产者，导致有的商品被生产了但没被消费。  
  31.     }  
  32.     public synchronized void get(){  //t3  t4  
  33.         while(!this.flag)  
  34.             try{this.wait();} catch(Exception e){}            
  35.         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---消费者---------"+this.name);  
  36.         this.flag = false;  
  37.         this.notifyAll();  
  38.     }  
  39. }  
  40. class Producer implements Runnable{  
  41.     private Resource r;  
  42.     Producer(Resource r){  
  43.         this.r = r;  
  44.     }  
  45.     public void run(){  
  46.         while(true){  
  47.             r.set("+商品+");  
  48.         }  
  49.     }  
  50. }  
  51. class Consumer implements Runnable{  
  52.     private Resource r;  
  53.     Consumer(Resource r){  
  54.         this.r = r;  
  55.     }  
  56.     public void run(){  
  57.         while(true){  
  58.             r.get();  
  59.         }  
  60.     }  
  61. }  

 

运行结果：

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2.2  JDK1.5以后

 

JDK1.5 中提供了线程同步和线程间通信的升级解决方案，线程同步、线程间通信和等待唤醒机制都有了变化。

1，将同步Synchronized替换成显式的Lock操作。

2，将同步锁继承自Object类的wait()、notify()、notifyAll()操作，替换成了Condition对象的await()、signal()、signalAll()操作。

3，该Condition对象可以通过显式的Lock锁来创建。

 

显式的锁机制，以及显式的锁对象上的等待唤醒操作机制，同时把等待唤醒进行封装。

封装完后，一个锁可以对应多个Condition，等待和唤醒必须是同一个Condition对象调用。

JDK1.5之前，等待和唤醒必须是同一个锁调用；

JDK1.5之后，等待和唤醒必须是同一个Condition对象调用，而一个Lock锁可以创建多个Condition对象。

 

从而，可以在生产者线程中，只唤醒消费者的等待线程，即调用消费者的Condition对象的唤醒操作。

 

Lock接口，它的一个子类是ReentrantLock，创建对象时new一个ReentrantLock对象。

ReentrantLock类的常用方法：

newCondition()：创建锁Lock的Condition对象，用来调用操作。 

lock()：获取锁。

unlock()：释放此锁。

 

Condition类的常用方法：

await()： 线程进入等待状态，并抛出一个InterruptedException异常。

signal(): 唤醒一个等待线程。

signalAll(): 唤醒所有等待线程。

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  1. import java.util.concurrent.locks.*;   
  2. class ProducerConsumerDemo2{  
  3.     public static void main(String[] args){  
  4.         Resource r = new Resource();  
  5.           
  6.         Producer pro = new Producer(r);  
  7.         Consumer con = new Consumer(r);  
  8.           
  9.         Thread t1 = new Thread(pro);  
  10.         Thread t2 = new Thread(pro);  
  11.         Thread t3 = new Thread(con);  
  12.         Thread t4 = new Thread(con);  
  13.         t1.start();  
  14.         t2.start();  
  15.         t3.start();  
  16.         t4.start();   
  17.     }  
  18. }  
  19. class Resource{  
  20.     private String name;  
  21.     private int count = 1;  
  22.     private boolean flag = false;  
  23.       
  24.     final Lock lock = new ReentrantLock();  //创建一个锁  
  25.     final Condition condition_pro = lock.newCondition(); //创建锁lock的Condition对象，用来操作生产者线程  
  26.     final Condition condition_con = lock.newCondition(); //创建锁lock的Condition对象，用来操作消费者线程  
  27.       
  28.     public void set(String name) throws InterruptedException {  //t1  t2  
  29.         lock.lock();  
  30.         try{  
  31.             while(this.flag)            
  32.                 condition_pro.await(); //await():线程等待，会抛出一个异常  
  33.             this.name = name+"--"+count++;  
  34.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---生产者---"+this.name);  
  35.             this.flag = true;  
  36.             condition_con.signal();   //生产者中唤醒消费者  
  37.         }  
  38.         finally{  
  39.             lock.unlock();  //释放锁的动作一定要执行，所以在finally中  
  40.         }  
  41.     }  
  42.     public void get() throws InterruptedException {  //t3  t4  
  43.         lock.lock();  
  44.         try{  
  45.             while(!this.flag)  
  46.                 condition_con.await();        
  47.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---消费者---------"+this.name);  
  48.             this.flag = false;  
  49.             condition_pro.signal();  //消费者中唤醒生产者  
  50.         }  
  51.         finally{  
  52.             lock.unlock();  
  53.         }  
  54.     }  
  55. }  
  56. class Producer implements Runnable{  
  57.     private Resource r;  
  58.     Producer(Resource r){  
  59.         this.r = r;  
  60.     }  
  61.     public void run(){  
  62.         while(true){  
  63.             try{  
  64.                 r.set("+商品+");  
  65.             }  
  66.             catch(InterruptedException e){}  
  67.         }  
  68.     }  
  69. }  
  70. class Consumer implements Runnable{  
  71.     private Resource r;  
  72.     Consumer(Resource r){  
  73.         this.r = r;  
  74.     }  
  75.     public void run(){  
  76.         while(true){  
  77.             try{  
  78.                 r.get();  
  79.             }  
  80.             catch(InterruptedException e){}  
  81.         }   
  82.     }  
  83. }  

 

3  停止线程和守护线程

3.1  停止线程

以前可以使用stop方法来停止线程，但是已经过时，那现在如何停止线程？

只有一种方法：run方法结束。

 

开启多线程运行，run方法内的运行代码通常是循环结构，

只要控制住循环，就可以让run方法结束，也就是线程结束。

特殊情况：

当线程处于了冻结状态，就不会读取到标记，那么线程就不会结束。

 

当没有指定的方式让冻结的线程恢复到运行状态时，这是需要对冻结进行清除。

强制让现场恢复到运行状态中来，这样就可以操作标记让线程结束。

Thread类中提供该方法，interrupt()方法。

interrupt()方法是把线程从冻结状态恢复到运行状态。

3.2  守护线程

Thread类中的setDaemon方法

setDaemon(boolean on)：

on如果为 true，则将该线程标记为守护线程。

守护线程，当正在运行的线程都是守护线程时，Java 虚拟机退出。该方法必须在启动线程前调用。

JVM退出，守护线程在后台执行，理解为后台线程；全部为后台线程时，由前台转为后台，JVM则退出。

 

代码示例：

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  1. class StopThread implements Runnable{  
  2.     private boolean flag = true;  
  3.     public synchronized void run(){  
  4.         while(flag){  
  5.             try{  
  6.                 wait();  
  7.             }  
  8.             catch(InterruptedException e){  
  9.                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....Exception");  
  10.                 flag = false;  
  11.             }  
  12.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....run");  
  13.         }  
  14.     }  
  15.     public void changeFlag(){  
  16.         flag = false;  
  17.     }   
  18. }  
  19. class StopThreadDemo{  
  20.     public static void main(String[] args){  
  21.         StopThread st = new StopThread();  
  22.           
  23.         Thread t1 = new Thread(st);  
  24.         Thread t2 = new Thread(st);  
  25.         //t1.setDaemon(true);  //守护线程，当正在运行的线程都是守护线程时，Java 虚拟机退出。该方法必须在启动线程前调用。  
  26.         //t2.setDaemon(true);  
  27.         t1.start();  
  28.         t2.start();  
  29.           
  30.         int num = 0;  
  31.         while(true){  
  32.             if(num++ == 60){  
  33.                 //st.changeFlag();  
  34.                 t1.interrupt();  //中断线程，让线程从冻结状态恢复到运行状态，这样可以读到flag标记从而结束线程。  
  35.                 t2.interrupt();  
  36.                 break;  //跳出while循环  
  37.             }  
  38.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"......"+num);  
  39.         }  
  40.         System.out.println("over");  
  41.     }  
  42. }  

 

4  线程的join()方法

join()：

当A线程执行到了B线程的join()方法时，那么A线程就会等待；等B线程执行完，A才会执行。

join()可以用来临时加入线程执行。

 

代码示例：

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  1. class Demo implements Runnable{  
  2.     public void run(){  
  3.         for(int x=0;x<70;x++){  
  4.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x);  
  5.         }  
  6.     }  
  7. }  
  8. class JoinDemo{  
  9.     public static void main(String[] args) throws Exception{  
  10.         Demo d = new Demo();  
  11.         Thread t1 = new Thread(d);  
  12.         Thread t2 = new Thread(d);  
  13.         t1.start();  
  14.         t2.start();  
  15.         t1.join();  //t1线程向主线程索要CPU执行权，主线程阻塞，释放CPU执行权，但释放后t1和t2竞争CPU执行权；  
  16.                      //t1线程执行结束后，主线程继续。  
  17.           
  18.         for(int x=0; x<80; x++){  
  19.             System.out.println("main...."+x);  
  20.         }  
  21.         System.out.println("over");  
  22.     }  
  23. }  

 

5  线程优先级和yield()方法

5.1  线程优先级

线程优先级：

优先级高的线程，争夺CPU执行权的频率就高，拿到CPU资源的可能性更大，

但并不是说优先级低的线程就不执行了。

 

Thread类中定义了三个优先级常量：

MAX_PRIORITY 值为10，为最高优先级；

MIN_PRIORITY 值为1，为最低优先级；

NORM_PRIORITY 值为5，默认优先级。

 

新建线程将继承创建它的父线程的优先级，父线程是指执行创建新线程的语句所在线程，它可能是主线程，也可能是另一个自定义线程。

一般情况下，主线程具有默认优先级，为5。

可以通过getPriority()方法获得线程的优先级，也可以通过setPriority()方法来设定优先级。

5.2  yield()方法

yield()方法：调用该方法后，可以使具有与当前线程相同优先级的线程有运行的机会。

可以临时暂停当前线程，释放CPU执行权，让相同优先级的其他线程运行。

如果没有相同优先级的线程，那么yield()方法什么也不做，当前线程继续运行。

 

代码示例：

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  1. class Demo implements Runnable{  
  2.     public void run(){  
  3.         for(int x=0;x<70;x++){  
  4.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x);  
  5.             Thread.yield(); //t1暂停，t2运行；t2暂停，t1运行。  
  6.                              //表现为t1、t2交替执行。  
  7.         }  
  8.     }  
  9. }  
  10. class YieldDemo{  
  11.     public static void main(String[] args){  
  12.         Demo d = new Demo();  
  13.         Thread t1 = new Thread(d);  
  14.         Thread t2 = new Thread(d);  
  15.         t1.start();  
  16.         t2.start();  
  17.           
  18.         for(int x=0; x<80; x++){  
  19.             //System.out.println("main...."+x);  
  20.         }  
  21.         System.out.println("over");  
  22.     }  
  23. }  

 

6  开发中什么时候使用多线程？

当某些代码需要同时被执行时，就用单独的线程进行封装。

 

比如三个for循环同时运行，用多线程，高效，代码示例：

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    1. class ThreadTest{   //三个for同时运行，用多线程，高效。  
    2.     public static void main(String[] args){  
    3.         new Thread(){  //匿名内部类  
    4.             public void run(){  
    5.                 for(int x=0; x<50; x++){  
    6.                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x);  
    7.                 }  
    8.             }  
    9.         }.start();  
    10.           
    11.         for(int x=0; x<50; x++){  
    12.             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x);  
    13.         }  
    14.           
    15.         Runnable r = new Runnable(){   //匿名内部类  
    16.             public void run(){  
    17.                 for(int x=0; x<50; x++){  
    18.                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"....."+x);  
    19.                 }         
    20.             }  
    21.         };  
    22.         new Thread(r).start();  
    23.     }  
    24. }  

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