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java 多线程基础知识


本人研读了  这位仁兄(http://www.blogjava.net/nokiaguy/)的文章,觉得非常好,决定摘录一些作为自己学习的基础复习,先摘录如下:

一.线程简介

1.线程概述

线程程序运行的基本执行单位。

  主线程作为程序的入口点。所以操作系统中无论任何程序,都需要一个主线程。

真正的并发并不存在,cpu同时只能执行一条指令。所以拥有一个cpu的计算机不可以同时执行两条指令的。只是因为 不同线程之间切换时间非常短,我们不能察觉。

2.线程好处:

   2.1充分利用cpu资源

2.2 简化编程模型

2.3简化异步时间的处理

2.4使GUI更有效率

2.5节省成本

3.java线程模型

  Java中建立线程有两种方法,一种是extends Thread类,另一种是implments Runnable接口,并通过Thread和实现Runnable的类来建立线程,其实这两种方法从本质上说是一种方法,即都是通过Thread类来建立线程,并运行run方法的。但它们的大区别是通过继承Thread类来建立线程,虽然在实现起来更容易,但由于Java不支持多继承,因此,这个线程类如果继承了Thread,就不能再继承其他的类了,因此,Java线程模型提供了通过实现Runnable接口的方法来建立线程,这样线程类可以在必要的时候继承和业务有关的类,而不是Thread类。

1.继承Thread类    

1.任何一个Java程序都必须有一个主线程。一般这个主线程的名子为main。只有在程序中建立另外的线程,才能算是真正的多线程程序。也就是说,多线程程序必须拥有一个以上的线程.

2.在调用start方法前后都可以使用setName设置线程名,但在调用start方法后使用setName修改线程名,会产生不确定性,也就是说可能在run方法执行完后才会执行setName。如果在run方法中要使用线程名,就会出现虽然调用了setName方法,但线程名却未修改的现象。        Thread类的start方法不能多次调用,如不能调用两次thread1.start()方法。否则会抛出一个IllegalThreadStateException异常。

2.实现Runnable接口

      通过Runnable接口创建线程分为两步:

1. 将实现Runnable接口的类实例化。

2.    建立一个Thread对象,并将第一步实例化后的对象作为参数传入Thread类的构造方法。

   最后通过Thread类的start方法建立线程。

二、线程 生命周期

      开始(等待)--------->运行---------->挂起--------->停止

// 开始线程
    public void start( );
    public void run( );

    // 挂起和唤醒线程
    public void resume( );     // 不建议使用
    public void suspend( );    // 不建议使用
    public static void sleep(long millis);
    public static void sleep(long millis, int nanos);

    // 终止线程
    public void stop( );       // 不建议使用
    public void interrupt( );

    // 得到线程状态
    public boolean isAlive( );
    public boolean isInterrupted( );
    public static boolean interrupted( );

    // join方法  主要功能是保证线程的run方法完成后程序才继续运行
    public void join( ) throws InterruptedException;

二、挂起和唤醒线程

一但线程开始执行run方法,就会一直到这个run方法执行完成这个线程才退出。但在线程执行的过程中,可以通过两个方法使线程暂时停止执行。这两个方法是suspendsleep。在使用suspend挂起线程后,可以通过resume方法唤醒线程。而使用sleep使线程休眠后,只能在设定的时间后使线程处于就绪状态(在线程休眠结束后,线程不一定会马上执行,只是进入了就绪状态,等待着系统进行调度)。

虽然suspendresume可以很方便地使线程挂起和唤醒,但由于使用这两个方法可能会造成一些不可预料的事情发生,因此,这两个方法被标识为deprecated(抗议)标记,这表明在以后的jdk版本中这两个方法可能被删除,所以尽量不要使用这两个方法来操作线程。

三、终止线程的三种方法

有三种方法可以使终止线程。

1.  使用退出标志,使线程正常退出,也就是当run方法完成后线程终止。

2.  使用stop方法强行终止线程(这个方法不推荐使用,因为stopsuspendresume一样,也可能发生不可预料的结果)。

    3.  使用interrupt方法中断线程。 

1.使用退出标志终止线程

run方法执行完后,线程就会退出。但有时run方法是永远不会结束的。如在服务端程序中使用线程进行监听客户端请求,或是其他的需要循环处理的任务。在这种情况下,一般是将这些任务放在一个循环中,如while循环。如果想让循环永远运行下去,可以使用while(true){...}来处理。但要想使while循环在某一特定条件下退出,最直接的方法就是设一个boolean类型的标志,并通过设置这个标志为truefalse来控制while循环是否退出。下面给出了一个利用退出标志终止线程的例子。

2.使用stop方法终止线程

使用stop方法可以强行终止正在运行或挂起的线程。我们可以使用如下的代码来终止线程:

thread.stop();

3.使用interrupt方法终止线程

使用interrupt方法来终端线程可分为两种情况:

(1)线程处于阻塞状态,如使用了sleep方法。

(2)使用while(!isInterrupted()){...}来判断线程是否被中断。

在第一种情况下使用interrupt方法,sleep方法将抛出一个InterruptedException例外,而在第二种情况下线程将直接退出

三、join方法解释

    join方法的功能就是使异步执行的线程变成同步执行。也就是说,当调用线程实例的start方法后,这个方法会立即返回,如果在调用start方法后后需要使用一个由这个线程计算得到的值,就必须使用join方法。如果不使用join方法,就不能保证当执行到start方法后面的某条语句时,这个线程一定会执行完。而使用join方法后,直到这个线程退出,程序才会往下执行。下面的代码演示了join的用法。

package mythread;

public class JoinThread extends Thread
{
    public static int n = 0;

    static synchronized void inc()
    {
        n++;
    }
    public void run()
    {
        for (int i = 0; i < 10; i++)
            try
            {
                inc();
                sleep(3);  // 为了使运行结果更随机,延迟3毫秒
                
            }
            catch (Exception e)
            {
            }                                      
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
   
        Thread threads[] = new Thread[100];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++)  // 建立100个线程
            threads[i] = new JoinThread();
        for (int i = 0; i < threads.length; i++)   // 运行刚才建立的100个线程
            threads[i].start();
        if (args.length > 0)  
            for (int i = 0; i < threads.length; i++)   // 100个线程都执行完后继续
                threads[i].join();
        System.out.println("n=" + JoinThread.n);
    }
}

   在例中建立了100个线程,每个线程使静态变量n增加10。如果在这100个线程都执行完后输出n,这个n值应该是1000


四、volatile方法介绍

volatile关键字用于声明简单类型变量,如int、float、boolean等数据类型。如果这些简单数据类型声明为volatile,对它们的操作就会变成原子级别的。但这有一定的限制。例如,下面的例子中的n就不是原子级别的:

public class JoinThread extends Thread
{
    public static volatile int n = 0;
   public void run()
    {
        for (int i = 0; i < 10; i++)
            try
        {
                n = n + 1;
                sleep(3); // 为了使运行结果更随机,延迟3毫秒

            }
            catch (Exception e)
            {
            }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception
    {

        Thread threads[] = new Thread[100];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++)
            // 建立100个线程
            threads[i] = new JoinThread();
        for (int i = 0; i < threads.length; i++)
            // 运行刚才建立的100个线程
            threads[i].start();
        for (int i = 0; i < threads.length; i++)
            // 100个线程都执行完后继续
            threads[i].join();
        System.out.println("n=" + JoinThread.n);
    }
}


     如果对n的操作是原子级别的,最后输出的结果应该为n=1000,而在执行上面积代码时,很多时侯输出的n都小于1000,这说明n=n+1不是原子级别的操作。原因是声明为volatile的简单变量如果当前值由该变量以前的值相关,那么volatile关键字不起作用,也就是说如下的表达式都不是原子操作:
n = n + 1;
n++;

      如果要想使这种情况变成原子操作,需要使用synchronized关键字,如上的代码可以改成如下的形式:

public class JoinThread extends Thread
{
    public static int n = 0;

    publicstatic synchronized void inc()
    {
        n++;
    }
    public void run()
    {
        for (int i = 0; i < 10; i++)
            try
            {
                inc(); // n = n + 1 改成了 inc();
                sleep(3); // 为了使运行结果更随机,延迟3毫秒

            }
            catch (Exception e)
            {
            }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception
    {

        Thread threads[] = new Thread[100];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++)
            // 建立100个线程
            threads[i] = new JoinThread();
        for (int i = 0; i < threads.length; i++)
            // 运行刚才建立的100个线程
            threads[i].start();
        for (int i = 0; i < threads.length; i++)
            // 100个线程都执行完后继续
            threads[i].join();
        System.out.println("n=" + JoinThread.n);
    }
}

上面的代码将n=n+1改成了inc(),其中inc方法使用了synchronized关键字进行方法同步。因此,在使用volatile关键字时要慎重,并不是只要简单类型变量使用volatile修饰,对这个变量的所有操作都是原来操作,当变量的值由自身的上一个决定时,如n=n+1n++等,volatile关键字将失效,只有当变量的值和自身上一个值无关时对该变量的操作才是原子级别的,如n = m + 1,这个就是原级别的。所以在使用volatile关键时一定要谨慎,如果自己没有把握,可以使用synchronized来代替volatile

五、使用Synchronized关键字方法

5.1 使用Synchronized关键字同步类方法


    要想解决“脏数据”的问题,最简单的方法就是使用synchronized关键字来使run方法同步,代码如下:

public synchronized void run()
{
     
}

     从上面的代码可以看出,只要在voidpublic之间加上synchronized关键字,就可以使run方法同步,也就是说,对于同一个Java类的对象实例,run方法同时只能被一个线程调用,并当前的run执行完后,才能被其他的线程调用。即使当前线程执行到了run方法中的yield方法,也只是暂停了一下。由于其他线程无法执行run方法,因此,最终还是会由当前的线程来继续执行。

sychronized关键字只和一个对象实例绑定 

    不仅可以使用synchronized来同步非静态方法,也可以使用synchronized来同步静态方法。如可以按如下方式来定义method方法:

对于静态方法来说,只要加上了synchronized关键字,这个方法就是同步的,无论是使用test.method(),还是使用Test.method()来调用method方法,method都是同步的,并不存在非静态方法的多个实例的问题。

在使用synchronized关键字时有以下四点需要注意:

1.  synchronized关键字不能继承。

虽然可以使用synchronized来定义方法,但synchronized并不属于方法定义的一部分,因此,synchronized关键字不能被继承。如果在父类中的某个方法使用了synchronized关键字,而在子类中覆盖了这个方法,在子类中的这个方法默认情况下并不是同步的,而必须显式地在子类的这个方法中加上synchronized关键字才可以。当然,还可以在子类方法中调用父类中相应的方法,这样虽然子类中的方法不是同步的,但子类调用了父类的同步方法,因此,子类的方法也就相当于同步了。

 2.  在定义接口方法时不能使用synchronized关键字。

3.  构造方法不能使用synchronized关键字,但可以使用下节要讨论的synchronized块来进行同步。

4.  synchronized可以自由放置。

但要注意,synchronized不能放在方法返回类型的后面,如下面的代码是错误的: 

public void synchronized method();
public static void synchronized method();

 synchronized关键字只能用来同步方法,不能用来同步类变量,如下面的代码也是错误的。

public synchronized int n = 0;
public static synchronized int n = 0;

虽然使用synchronized关键字同步方法是最安全的同步方式,但大量使用synchronized关键字会造成不必要的资源消耗以及性能损失。虽然从表面上看synchronized锁定的是一个方法,但实际上synchronized锁定的是一个类。也就是说,如果在非静态方法method1method2定义时都使用了synchronized,在method1未执行完之前,method2是不能执行的。静态方法和非静态方法的情况类似。但静态和非静态方法不会互相影响。看看如下的代码:

如果在类中使用synchronized关键字来定义非静态方法,那将影响这个中的所有使用synchronized关键字定义的非静态方法。如果定义的是静态方法,那么将影响类中所有使用synchronized关键字定义的静态方法。这有点象数据表中的表锁,当修改一条记录时,系统就将整个表都锁住了,因此,大量使用这种同步方式会使程序的性能大幅度下降。

这里需要注意下 刚才是同步方法,也有 同步代码块的。

5.2 使用Synchronized块同步方法 

   synchronized关键字有两种用法。第一种就是在直接用在方法的定义中。另外一种就是synchronized块。我们不仅可以通过synchronized块来同步一个对象变量。也可以使用synchronized块来同步类中的静态方法和非静态方法。

synchronized块的语法如下:

public void method()
{
    … …
    synchronized(表达式)
    {
        … …
    }
}

一、非静态类方法的同步   

synchronized关键字有两种用法。第一种就是直接用在方法的定义中。另外一种就是synchronized块。我们不仅可以通过synchronized块来同步一个对象变量。也可以使用synchronized块来同步类中的静态方法和非静态方法。

synchronized块的语法如下:

public void method()
{
    … …
    synchronized(表达式)
    {
        … …
    }
}

一、非静态类方法的同步   

我们知道使用synchronized关键字来定义方法就会锁定类中所有使用synchronzied关键字定义的静态方法或非静态方法,但这并不好理解。而如果使用synchronized块来达到同样的效果,就不难理解为什么会产生这种效果了。如果想使用synchronized块来锁定类中所有的同步非静态方法,需要使用this做为synchronized块的参数传入synchronized块国,代码如下:   

通过synchronized块同步非静态方法

  001  public class SyncBlock
  002  {
  003      public void method1()
  004      {
  005          synchronized(this)  // 相当于对method1方法使用synchronized关键字
  006          {
  007              … …
  008          }
  009      }
  010      public void method2()
  011      {
  012          synchronized(this)  // 相当于对method2方法使用synchronized关键字
  013          {
  014              … …
  015          }
  016      }
  017      public synchronized void method3()  
  018      {
  019          … …
  020      }
  021  }

   在上面的代码中的method1method2方法中使用了synchronized块。而第017行的method3方法仍然使用synchronized关键字来定义方法。在使用同一个SyncBlock类实例时,这三个方法只要有一个正在执行,其他两个方法就会因未获得同步锁而被阻塞。在使用synchronized块时要想达到和synchronized关键字同样的效果,必须将所有的代码都写在synchronized块中,否则,将无法使当前方法中的所有代码和其他的方法同步。

除了使用this做为synchronized块的参数外,还可以使用SyncBlock.this作为synchronized块的参数来达到同样的效果。

在内类(InnerClass)的方法中使用synchronized块来时,this只表示内类,和外类(OuterClass)没有关系。但内类的非静态方法可以和外类的非静态方法同步。如在内类InnerClass中加一个method4方法,并使method4方法和SyncBlock的三个方法同步,代码如下:

使内类的非静态方法和外类的非静态方法同步

public class SyncBlock
{
    … …
    class InnerClass
    {
       public void method4()
        {
           synchronized(SyncBlock.this)
            {
                … … 
            }
        }
    }
    … …
}

 

在上面SyncBlock类的新版本中,InnerClass类的method4方法和SyncBlock类的其他三个方法同步,因此,method1method2method3method4四个方法在同一时间只能有一个方法执行。

Synchronized块不管是正常执行完,还是因为程序出错而异常退出synchronized块,当前的synchronized块所持有的同步锁都会自动释放。因此,在使用synchronized块时不必担心同步锁的释放问题。
   

二、静态类方法的同步

由于在调用静态方法时,对象实例不一定被创建。因此,就不能使用this来同步静态方法,而必须使用Class对象来同步静态方法。代码如下:

通过synchronized块同步静态方法
   public class StaticSyncBlock
   {
       public static void method1()
       {
           synchronized(StaticSyncBlock.class)  
           {
               … …
           }
       }
       public static synchronized void method2()  
       {
           … …
       }
   }

    在同步静态方法时可以使用类的静态字段class来得到Class对象。在上例中method1method2方法同时只能有一个方法执行。除了使用class字段得到Class对象外,还可以使用实例的getClass方法来得到Class对象。上例中的代码可以修改如下:   

使用getClass方法得到Class对象

public class StaticSyncBlock
{
    public static StaticSyncBlock instance; 
    public StaticSyncBlock()
    {
        instance = this;
    }
    public static void method1()
    {
       synchronized(instance.getClass())
       {
            
       }
    }
     
}

   在上面代码中通过一个public的静态instance得到一个StaticSyncBlock类的实例,并通过这个实例的getClass方法得到了Class对象(一个类的所有实例通过getClass方法得到的都是同一个Class对象,因此,调用任何一个实例的getClass方法都可以)。我们还可以通过Class对象使不同类的静态方法同步,如Test类的静态方法methodStaticSyncBlock类的两个静态方法同步,代码如下:

Test类的method方法和StaticSyncBlock类的method1method2方法同步

   public class Test
   {
       public static void method()
       {
           synchronized(StaticSyncBlock.class)
           {
                
           }
       }
   }

   注意:在使用synchronized块同步类方法时,非静态方法可以使用this来同步,而静态方法必须使用Class对象来同步。它们互不影响。当然,也可以在非静态方法中使用Class对象来同步静态方法。但在静态方法中不能使用this来同步非静态方法。这一点在使用synchronized块同步类方法时应注意。

  5.3使用Synchronized块同步变量

   我们可以通过synchronized块来同步特定的静态或非静态方法。要想实现这种需求必须为这些特性的方法定义一个类变量,然后将这些方法的代码用synchronized块括起来,并将这个类变量作为参数传入synchronized块。  

上面红色部分 是说不能同步 类变量,但不是说不能 使用类变量来同步方法时如果在synchronized块中将同步变量的值改变,就会破坏方法之间的同步。为了彻底避免这种情况发生,在定义同步变量时可以使用final关键字。如将上面的程序中的005行可改成如下形式:

private final static String sync = "";

使用final关键字后,sync只能在定义时为其赋值,并且以后不能再修改。如果在程序的其他地方给sync赋了值,程序就无法编译通过。

我们可以从两个角度来理解synchronized块。如果从类方法的角度来理解,可以通过类变量来同步相应的方法。如果从类变量的角度来理解,可以使用synchronized块来保证某个类变量同时只能被一个方法访问。不管从哪个角度来理解,它们的实质都是一样的,就是利用类变量来获得同步锁,通过同步锁的互斥性来实现同步。
   注意:在使用synchronized块时应注意,synchronized块只能使用对象作为它的参数。如果是简单类型的变量(intcharboolean),不能使用synchronized来同步。

posted on 2009-07-23 23:21 李峰 阅读(464) 评论(0)  编辑  收藏 所属分类: coreJava


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