Java 多线程

java 中的多线程

在 java 中要想实现多线程，有两种手段，一种是继续 Thread 类，另外一种是实现 Runable 接口。

对于直接继承 Thread 的类来说，代码大致框架是：

class 类名 extends Thread{
方法1;
方法2；
…
public void run(){
// other code…
}
属性1；
属性2；
…

}

先看一个简单的例子:

/**
 * @author Rollen-Holt 继承Thread类,直接调用run方法
 * */
class hello extends Thread {

    public hello() {

    }

    public hello(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(name + "运行     " + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        hello h1=new hello("A");
        hello h2=new hello("B");
        h1.run();
        h2.run();
    }

    private String name;
}

【运行结果】：

A 运行 0

A 运行 1

A 运行 2

A 运行 3

A 运行 4

B 运行 0

B 运行 1

B 运行 2

B 运行 3

B 运行 4

我们会发现这些都是顺序执行的，说明我们的调用方法不对，应该调用的是 start（）方法。

当我们把上面的主函数修改为如下所示的时候：

public static void main(String[] args) {
        hello h1=new hello("A");
        hello h2=new hello("B");
        h1.start();
        h2.start();
    }

然后运行程序，输出的可能的结果如下：

A 运行 0

B 运行 0

B 运行 1

B 运行 2

B 运行 3

B 运行 4

A 运行 1

A 运行 2

A 运行 3

A 运行 4

因为需要用到 CPU 的资源，所以每次的运行结果基本是都不一样的，呵呵。

注意：虽然我们在这里调用的是 start（）方法，但是实际上调用的还是 run（）方法的主体。

那么：为什么我们不能直接调用 run（）方法呢？

我的理解是：线程的运行需要本地操作系统的支持。

如果你查看 start 的源代码的时候，会发现：

public synchronized void start() {
        /**
     * This method is not invoked for the main method thread or "system"
     * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
     * to this method in the future may have to also be added to the VM.
     *
     * A zero status value corresponds to state "NEW".
         */
        if (threadStatus != 0 || this != me)
            throw new IllegalThreadStateException();
        group.add(this);
        start0();
        if (stopBeforeStart) {
        stop0(throwableFromStop);
    }
}
private native void start0();

注意我用红色加粗的那一条语句，说明此处调用的是 start0（）。并且这个这个方法用了 native 关键字，次关键字表示调用本地操作系统的函数。因为多线程的实现需要本地操作系统的支持。

但是 start 方法重复调用的话，会出现 java.lang.IllegalThreadStateException 异常。

通过实现 Runnable 接口：

大致框架是：

class 类名 implements Runnable{
方法1;
方法2；
…
public void run(){
// other code…
}
属性1；
属性2；
…

}

来先看一个小例子吧：

/**
 * @author Rollen-Holt 实现Runnable接口
 * */
class hello implements Runnable {

    public hello() {

    }

    public hello(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(name + "运行     " + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        hello h1=new hello("线程A");
        Thread demo= new Thread(h1);
        hello h2=new hello("线程Ｂ");
        Thread demo1=new Thread(h2);
        demo.start();
        demo1.start();
    }

    private String name;
}

【可能的运行结果】：

线程 A 运行 0

线程Ｂ运行 0

线程Ｂ运行 1

线程Ｂ运行 2

线程Ｂ运行 3

线程Ｂ运行 4

线程 A 运行 1

线程 A 运行 2

线程 A 运行 3

线程 A 运行 4

关于选择继承 Thread 还是实现 Runnable 接口？

其实 Thread 也是实现 Runnable 接口的：

class Thread implements Runnable {
    //…
public void run() {
        if (target != null) {
             target.run();
        }
        }
}

其实 Thread 中的 run 方法调用的是 Runnable 接口的 run 方法。不知道大家发现没有， Thread 和 Runnable 都实现了 run 方法，这种操作模式其实就是代理模式。关于代理模式，我曾经写过一个小例子呵呵，大家有兴趣的话可以看一下：http://www.cnblogs.com/rollenholt/archive/2011/08/18/2144847.html

Thread 和 Runnable 的区别：

如果一个类继承 Thread，则不适合资源共享。但是如果实现了 Runable 接口的话，则很容易的实现资源共享。

/**
 * @author Rollen-Holt 继承Thread类，不能资源共享
 * */
class hello extends Thread {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 7; i++) {
            if (count > 0) {
                System.out.println("count=" + count--);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        hello h1 = new hello();
        hello h2 = new hello();
        hello h3 = new hello();
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
    }

    private int count = 5;
}

【运行结果】：

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

大家可以想象，如果这个是一个买票系统的话，如果 count 表示的是车票的数量的话，说明并没有实现资源的共享。

我们换为 Runnable 接口

class MyThread implements Runnable{

    private int ticket = 5;  //5张票

    public void run() {
        for (int i=0; i<=20; i++) {
            if (this.ticket > 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "正在卖票"+this.ticket--);
            }
        }
    }
}
public class lzwCode {

    public static void main(String [] args) {
        MyThread my = new MyThread();
        new Thread(my, "1号窗口").start();
        new Thread(my, "2号窗口").start();
        new Thread(my, "3号窗口").start();
    }
}

【运行结果】：

count= 5

count= 4

count= 3

count= 2

count= 1

总结一下吧：

实现 Runnable 接口比继承 Thread 类所具有的优势：

1）：适合多个相同的程序代码的线程去处理同一个资源

2）：可以避免 java 中的单继承的限制

3）：增加程序的健壮性，代码可以被多个线程共享，代码和数据独立。

所以，本人建议大家劲量实现接口。

/**
 * @author Rollen-Holt
 * 取得线程的名称
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        new Thread(he,"A").start();
        new Thread(he,"B").start();
        new Thread(he).start();
    }
}

【运行结果】：

Thread-0

说明如果我们没有指定名字的话，系统自动提供名字。

提醒一下大家：main 方法其实也是一个线程。在 java 中所以的线程都是同时启动的，至于什么时候，哪个先执行，完全看谁先得到 CPU 的资源。

在 java 中，每次程序运行至少启动2个线程。一个是 main 线程，一个是垃圾收集线程。因为每当使用 java 命令执行一个类的时候，实际上都会启动一个 JVM，每一个 JVM 实习在就是在操作系统中启动了一个进程。

判断线程是否启动

/**
 * @author Rollen-Holt 判断线程是否启动
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread demo = new Thread(he);
        System.out.println("线程启动之前---》" + demo.isAlive());
        demo.start();
        System.out.println("线程启动之后---》" + demo.isAlive());
    }
}

【运行结果】

线程启动之前---》false

线程启动之后---》true

Thread-0

主线程也有可能在子线程结束之前结束。并且子线程不受影响，不会因为主线程的结束而结束。

线程的强制执行：

/**
     * @author Rollen-Holt 线程的强制执行
     * */
    class hello implements Runnable {
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            }
        }

        public static void main(String[] args) {
            hello he = new hello();
            Thread demo = new Thread(he,"线程");
            demo.start();
            for(int i=0;i<50;++i){
                if(i>10){
                    try{
                        demo.join();  //强制执行demo
                    }catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("main 线程执行-->"+i);
            }
        }
    }

【运行的结果】：

main 线程执行-->0

main 线程执行-->1

main 线程执行-->2

main 线程执行-->3

main 线程执行-->4

main 线程执行-->5

main 线程执行-->6

main 线程执行-->7

main 线程执行-->8

main 线程执行-->9

main 线程执行-->10

线程

main 线程执行-->11

main 线程执行-->12

main 线程执行-->13

．．．

线程的休眠：

/**
 * @author Rollen-Holt 线程的休眠
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread demo = new Thread(he, "线程");
        demo.start();
    }
}

【运行结果】：（结果每隔 2 s 输出一个）

线程0

线程1

线程2

线程的中断：

/**
 * @author Rollen-Holt 线程的中断
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        System.out.println("执行run方法");
        try {
            Thread.sleep(10000);
            System.out.println("线程完成休眠");
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("休眠被打断");
            return;  //返回到程序的调用处
        }
        System.out.println("线程正常终止");
    }

    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread demo = new Thread(he, "线程");
        demo.start();
        try{
            Thread.sleep(2000);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        demo.interrupt(); //2s后中断线程
    }
}

【运行结果】：

执行 run 方法

休眠被打断

在 java 程序中，只要前台有一个线程在运行，整个 java 程序进程不会小时，所以此时可以设置一个后台线程，这样即使 java 进程小时了，此后台线程依然能够继续运行。

/**
 * @author Rollen-Holt 后台线程
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        while (true) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在运行");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread demo = new Thread(he, "线程");
        demo.setDaemon(true);
        demo.start();
    }
}

虽然有一个死循环，但是程序还是可以执行完的。因为在死循环中的线程操作已经设置为后台运行了。

线程的优先级：

/**
 * @author Rollen-Holt 线程的优先级
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for(int i=0;i<5;++i){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"运行"+i);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread h1=new Thread(new hello(),"A");
        Thread h2=new Thread(new hello(),"B");
        Thread h3=new Thread(new hello(),"C");
        h1.setPriority(8);
        h2.setPriority(2);
        h3.setPriority(6);
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();

    }
}

【运行结果】：

A 运行0

A 运行1

A 运行2

A 运行3

A 运行4

B 运行0

C 运行0

C 运行1

C 运行2

C 运行3

C 运行4

B 运行1

B 运行2

B 运行3

B 运行4

但是请读者不要误以为优先级越高就先执行。谁先执行还是取决于谁先去的 CPU 的资源、

另外，主线程的优先级是5.

线程的礼让。

在线程操作中，也可以使用 yield（）方法，将一个线程的操作暂时交给其他线程执行。

/**
 * @author Rollen-Holt 线程的优先级
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for(int i=0;i<5;++i){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"运行"+i);
            if(i==3){
                System.out.println("线程的礼让");
                Thread.currentThread().yield();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread h1=new Thread(new hello(),"A");
        Thread h2=new Thread(new hello(),"B");
        h1.start();
        h2.start();

    }
}

A 运行0

A 运行1

A 运行2

A 运行3

线程的礼让

A 运行4

B 运行0

B 运行1

B 运行2

B 运行3

线程的礼让

B 运行4

同步和死锁：

【问题引出】:比如说对于买票系统，有下面的代码：

/**
 * @author Rollen-Holt
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for(int i=0;i<10;++i){
            if(count>0){
                try{
                    Thread.sleep(1000);
                }catch(InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(count--);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        hello he=new hello();
        Thread h1=new Thread(he);
        Thread h2=new Thread(he);
        Thread h3=new Thread(he);
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
    }
    private int count=5;
}

【运行结果】：

-1

这里出现了-1，显然这个是错的。，应该票数不能为负值。

如果想解决这种问题，就需要使用同步。所谓同步就是在统一时间段中只有有一个线程运行，

其他的线程必须等到这个线程结束之后才能继续执行。

【使用线程同步解决问题】

采用同步的话，可以使用同步代码块和同步方法两种来完成。

【同步代码块】：

语法格式：


synchronized（同步对象）{

 //需要同步的代码

}

但是一般都把当前对象 this 作为同步对象。

比如对于上面的买票的问题，如下：

/**
 * @author Rollen-Holt
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for(int i=0;i<10;++i){
            synchronized (this) {
                if(count>0){
                    try{
                        Thread.sleep(1000);
                    }catch(InterruptedException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(count--);
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        hello he=new hello();
        Thread h1=new Thread(he);
        Thread h2=new Thread(he);
        Thread h3=new Thread(he);
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
    }
    private int count=5;
}

【运行结果】：（每一秒输出一个结果）

【同步方法】

也可以采用同步方法。

语法格式为

synchronized 方法返回类型方法名（参数列表）{

    // 其他代码

}

现在，我们采用同步方法解决上面的问题。

/**
 * @author Rollen-Holt
 * */
class hello implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            sale();
        }
    }

    public synchronized void sale() {
        if (count > 0) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(count--);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        hello he = new hello();
        Thread h1 = new Thread(he);
        Thread h2 = new Thread(he);
        Thread h3 = new Thread(he);
        h1.start();
        h2.start();
        h3.start();
    }

    private int count = 5;
}

【运行结果】（每秒输出一个）

提醒一下，当多个线程共享一个资源的时候需要进行同步，但是过多的同步可能导致死锁。

此处列举经典的生产者和消费者问题。

【生产者和消费者问题】

先看一段有问题的代码。

class Info {

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    private String name = "Rollen";
    private int age = 20;
}

/**
 * 生产者
 * */
class Producer implements Runnable{
    private Info info=null;
    Producer(Info info){
        this.info=info;
    }

    public void run(){
        boolean flag=false;
        for(int i=0;i<25;++i){
            if(flag){
                this.info.setName("Rollen");
                try{
                    Thread.sleep(100);
                }catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                this.info.setAge(20);
                flag=false;
            }else{
                this.info.setName("chunGe");
                try{
                    Thread.sleep(100);
                }catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                this.info.setAge(100);
                flag=true;
            }
        }
    }
}
/**
 * 消费者类
 * */
class Consumer implements Runnable{
    private Info info=null;
    public Consumer(Info info){
        this.info=info;
    }

    public void run(){
        for(int i=0;i<25;++i){
            try{
                Thread.sleep(100);
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(this.info.getName()+"<---->"+this.info.getAge());
        }
    }
}

/**
 * 测试类
 * */
class hello{
    public static void main(String[] args) {
        Info info=new Info();
        Producer pro=new Producer(info);
        Consumer con=new Consumer(info);
        new Thread(pro).start();
        new Thread(con).start();
    }
}

【运行结果】：

Rollen<---->100

chunGe<---->20

chunGe<---->100

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

Rollen<---->100

chunGe<---->20

大家可以从结果中看到，名字和年龄并没有对于。

那么如何解决呢？

1）加入同步

2）加入等待和唤醒

先来看看加入同步会是如何。

class Info {

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public synchronized void set(String name, int age){
        this.name=name;
        try{
            Thread.sleep(100);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.age=age;
    }

    public synchronized void get(){
        try{
            Thread.sleep(100);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(this.getName()+"<===>"+this.getAge());
    }
    private String name = "Rollen";
    private int age = 20;
}

/**
 * 生产者
 * */
class Producer implements Runnable {
    private Info info = null;

    Producer(Info info) {
        this.info = info;
    }

    public void run() {
        boolean flag = false;
        for (int i = 0; i < 25; ++i) {
            if (flag) {

                this.info.set("Rollen", 20);
                flag = false;
            } else {
                this.info.set("ChunGe", 100);
                flag = true;
            }
        }
    }
}

/**
 * 消费者类
 * */
class Consumer implements Runnable {
    private Info info = null;

    public Consumer(Info info) {
        this.info = info;
    }

    public void run() {
        for (int i = 0; i < 25; ++i) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            this.info.get();
        }
    }
}

/**
 * 测试类
 * */
class hello {
    public static void main(String[] args) {
        Info info = new Info();
        Producer pro = new Producer(info);
        Consumer con = new Consumer(info);
        new Thread(pro).start();
        new Thread(con).start();
    }
}

【运行结果】：

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

Rollen<===>20

ChunGe<===>100

从运行结果来看，错乱的问题解决了，现在是 Rollen 对应20，ChunGe 对于100，但是还是出现了重复读取的问题，也肯定有重复覆盖的问题。如果想解决这个问题，就需要使用 Object 类帮忙了，我们可以使用其中的等待和唤醒操作。

要完成上面的功能，我们只需要修改 Info 类饥渴，在其中加上标志位，并且通过判断标志位完成等待和唤醒的操作，代码如下：

class Info {

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public synchronized void set(String name, int age){
        if(!flag){
            try{
                super.wait();
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        this.name=name;
        try{
            Thread.sleep(100);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.age=age;
        flag=false;
        super.notify();
    }

    public synchronized void get(){
        if(flag){
            try{
                super.wait();
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        try{
            Thread.sleep(100);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(this.getName()+"<===>"+this.getAge());
        flag=true;
        super.notify();
    }
    private String name = "Rollen";
    private int age = 20;
    private boolean flag=false;
}

/**
 * 生产者
 * */
class Producer implements Runnable {
    private Info info = null;

    Producer(Info info) {
        this.info = info;
    }

    public void run() {
        boolean flag = false;
        for (int i = 0; i < 25; ++i) {
            if (flag) {

                this.info.set("Rollen", 20);
                flag = false;
            } else {
                this.info.set("ChunGe", 100);
                flag = true;
            }
        }
    }
}

/**
 * 消费者类
 * */
class Consumer implements Runnable {
    private Info info = null;

    public Consumer(Info info) {
        this.info = info;
    }

    public void run() {
        for (int i = 0; i < 25; ++i) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            this.info.get();
        }
    }
}

/**
 * 测试类
 * */
class hello {
    public static void main(String[] args) {
        Info info = new Info();
        Producer pro = new Producer(info);
        Consumer con = new Consumer(info);
        new Thread(pro).start();
        new Thread(con).start();
    }
}

【程序运行结果】： Rollen<===>20 ChunGe<===>100 Rollen<===>20 ChunGe<===>100 Rollen<===>20 ChunGe<===>100 Rollen<===>20 ChunGe<===>100 Rollen<===>20 ChunGe<===>100 Rollen<===>20 ChunGe<===>100 Rollen<===>20 ChunGe<===>100 Rollen<===>20 ChunGe<===>100 Rollen<===>20 ChunGe<===>100 Rollen<===>20 ChunGe<===>100 Rollen<===>20 ChunGe<===>100 Rollen<===>20 ChunGe<===>100 Rollen<===>20 先在看结果就可以知道，之前的问题完全解决。《完》

PS（写在后面）：

本人深知学的太差，所以希望大家能多多指点。另外，关于多线程其实有很多的知识，由于目前我也就知道的不太多，写了一些常用的。虽然在操作系统这门课上学了很多的线程和进程，比如银行家算法等等的，以后有时间在补充，大家有什么好资料可以留个言，大家一起分享一下，谢谢了