Java5 多线程(一)--入门篇

首先回顾一下JDK1.5之前的线程相关的知识:
1 线程的入门. 什么是线程,线程就是程序执行的线索,Java是面向对象的语言什么类来表示这样一个东西呢?Thread.通过start()方法启动它,线程所要执行的任务放在run()方法里面,下面可以看一下run()方法里面的源码

创建线程的两种传统方式(注: Runnable类并不是一个线程,它只是线程一个执行单元):

打开Thread的构造方法,

然后可以跟进看到init()方法具体的实现.其中有一行代码就是对target(Runnable类型)的赋值,因为线程所执行的任务都在run()方法里面,那么在run()方法里面,target就不为null,然后就调用了Runnale的run()方法.因为我们重写了Runnable的run()方法,那么最终执行的就是我们所覆写的run()方法.具体代码如下:

如果我们同时实现了Thread的run()方法又同时覆盖了Runnable的run()方法.那么到底会执行哪个的run()方法呢?根据Java的多态,肯定执行的是Thread的run()方法.因为我们覆写了Thread的run()方法,那么所执行的就是我们run()方法,而不是

2 传统的定时器: 定时器通过Timer这个类来描述,通过schedule()方法来调度,定时执行的任务通过TimerTask来定义.下面来实现一个简单的定时器,功能如下,每隔2秒执行一次,之后隔4秒执行一次,然后又隔2秒,就这样轮循下去.具体用法可以查看API里面有详细介绍.[java] view plaincopy

1. public static void main(String[] args) {
2. new Timer().schedule(new MyTimerTask(), 2000);
3. try {
4. while (true) {
5. System.out.println(new Date().getSeconds());
6. Thread.sleep(1000);
7. }
8. } catch (InterruptedException e) {
9. e.printStackTrace();
10. }
11. }
12. }
13. class MyTimerTask extends TimerTask {
14. static int count = 0;
15. @Override
16. public void run() {
17. count = (count + 1) % 2;//count=0或1
18. System.out.println("boming");
19. Timer timer = new Timer();
20. timer.schedule(new MyTimerTask(), 2000 + (2000) * count);
21. }

3 线程之间的互斥和同步通信当两个线程去同时操作一个字符串,那么可能会出现线程安全问题.这样的情况可以用银行转帐来解释.下面的代码就会出现问题,[java] view plaincopy

1. public static void main(String[] args) {
2. final Outputer outputer = new Outputer();
3. new Thread() {
4. @Override
5. public void run() {
6. while (true) {
7. try {
8. Thread.sleep(100);
9. } catch (InterruptedException e) {
10. e.printStackTrace();
11. }
12. outputer.print("zhangsan");
13. }
14. }
15. }.start();
16. new Thread() {
17. @Override
18. public void run() {
19. while (true) {
20. try {
21. Thread.sleep(100);
22. } catch (InterruptedException e) {
23. e.printStackTrace();
24. }
25. outputer.print("zhangxiaoxiang");
26. }
27. }
28. }.start();
29. }
30. }
31. class Outputer {
32. public void print(String name) {
33. for (int i = 0; i < name.length(); i++) {
34. System.out.print(name.charAt(i));
35. }
36. System.out.println();// 打印完字符串换行
37. }
38. }

我们使用两个线程去调用print(String name)方法,当第一个方法还没有执行完毕,第二个方法来执行,那么打印出来的name就会出现为问题.如下图所示,

现在我们要实现的是,只有当第一个线程执行完毕后,第二个线程才能执行print(String name)方法,这就必须互斥或者说同步.我们知道实现同步可以使用同步代码块或者同步方法,想到同步(Synchronized)那么自然而然就想到同步监视器.这是两个很重要的概念.现在我们来改造上面Outputer的print(String name)方法.[java] view plaincopy

1. public void print(String name) {
2. //synchronized()里面的参数就是同步监视器
3. //然而这里使用name作为同步监视器是不行的,
4. //因为要实现原子性(互斥)必须要使用同一个监视器对象
5. //当第一个线程来执行该代码块,name对象是一个String对象
6. //当第二个线程来执行,name对象又是另一个String对象,
7. //这样就不能实现同步
8. synchronized (name) {
9. for (int i = 0; i < name.length(); i++) {
10. System.out.print(name.charAt(i));
11. }
12. System.out.println();// 打印完字符串换行
13. }
14. }

执行结果如下所示:
我们可以通过this关键字作为同步监视器,因为从上面定义两个线程的代码来看,我们只new了一次Outputer对象,所以this代表同一个对象. 现在来通过同步方法来实现同步,[java] view plaincopy

1. //同步方法也同样也有同步监视器,它是this
2. public synchronized void print2(String name) {
3. for (int i = 0; i < name.length(); i++) {
4. System.out.print(name.charAt(i));
5. }
6. System.out.println();// 打印完字符串换行
7. }

把第二个线程改成使用print2(String name)方法.这样的话就需要print2和print这两个方法互斥.这个怎么理解呢?上面我们是对print()这个一个方法进行互斥,现在呢?需要对两个方法进行互斥.我们可以这样比喻(对一个方法进行互斥):假设一个茅坑(print(String name)),上面有一把锁(this对象),现在一个人(Thread)来上厕所,它把钥匙放进了口袋,第二个人(Thread2)来上厕所,因为没有钥匙,必须要等第一个人出来,把钥匙放上去,第二个人才能拿着钥匙进去.这是对一个方法进行同步,(对两个方法或者更多进行同步)),现在有多个茅坑(print(String name),print2(String name)),只有一个钥匙(同步监视器),那么当一个人(Thread)进去后,拿了那仅有的一个钥匙,就算其他人(Thread)想进入的没有人占的茅坑也不行,因为没有钥匙. 这样的话,打印name的时候就不会出现问题.现在还有一种情况:[java] view plaincopy

1. //静态的同步方法同样也有同步监视器,它是class
2. public static synchronized void print3(String name) {
3. for (int i = 0; i < name.length(); i++) {
4. System.out.print(name.charAt(i));
5. }
6. System.out.println();// 打印完字符串换行
7. }

这样的话要想互斥就必须把同步监视器改成Outputer.class了,在内存中只有一份. 线程之间的同步通信通过一道面试提来解释.子线程循环10次，接着主线程循环100，接着又回到子线程循环10次，接着再回到主线程又循环100，如此循环50次，请写出程序。[java] view plaincopy

1. //静态的同步方法同样也有同步监视器,它是class
2. public static synchronized void print3(String name) {
3. for (int i = 0; i < name.length(); i++) {
4. System.out.print(name.charAt(i));
5. }
6. System.out.println();// 打印完字符串换行
7. }
8. 这样的话要想互斥就必须把同步监视器改成Outputer.class了,在内存中只有一份.
10. 线程之间的同步通信
11. 通过一道面试提来解释.
12. 子线程循环10次，接着主线程循环100，接着又回到子线程循环10次，接着再回到主线程又循环100，如此循环50次，请写出程序。
13. public static void main(String[] args) {
14. new Thread(new Runnable() {
15. @Override
16. public void run() {
17. for (int k = 1; k <= 50; k++) {
18. for (int i = 1; i <= 10; i++) {
19. System.out.println("sub thread sequence " + i
20. + " loop of " + k);
21. }
22. }
23. }
24. }).start();
25. for (int k = 1; k <= 50; k++) {
26. for (int i = 1; i <= 100; i++) {
27. System.out
28. .println("main thread sequence " + i + " loop of " + k);
29. }
30. }
31. }

[java] view plaincopy

这样主要的程序逻辑是实现了,但是执行的次序乱来,子线程执行10次不应该别打断,主线程执行100次也不应该被打断.
所以我们自然就想到了同步,只需要把子循环使用同步代码块,但是用什么作为同步监视器呢?this显然不行的.当然该类的字节码class是可以的,但是这样有2个问题,
第一,虽然实现了同步,但是,不是子线程一次,主线程一次,所以在子/主(线程)次序上还是乱了.
第二,使用class作为同步监视器不好,如果程序逻辑很复杂,需要多组需要互斥,使用class作为同步监视器,那么就成了一组了.所以这也不好.(关于多组互斥可以查看博客http://blog.csdn.net/johnny901114/article/details/7854666)


经验:要用到共同数据(包括同步锁)或共同算法的若干个方法,应该归在同一个类上,这种设计体现了高内聚和程序的健壮性.
比如:

据此,我们可以这样设计class Business {publicsynchronizedvoid sub(int k) { for (int i = 1; i <= 10; i++) { System.out.println("sub thread sequence " + i +" loop of " + k); }}publicsynchronizedvoid main(int k) { for (int i = 1; i <= 100; i++) { System.out.println("main thread sequence " + i +" loop of " + k); }}}这样就把相关的方法写到一个类里面了.但是这里还是没有解决通信问题. 最终代码如下:publicstaticvoid main(String[] args) { final Business business =new Business(); new Thread(new Runnable() { @Override publicvoid run() { for (int k = 1; k <= 50; k++) { business.sub(k); } } }).start(); for (int k = 1; k <= 50; k++) { business.main(k); } }}class Business { //默认子线程先执行 booleanisShouldSub =true;publicsynchronizedvoid sub(int k) { if(!isShouldSub){//此处用while最好,因为可能出现假唤醒,//用while的话还会重新判断,这样程序更加严谨和健壮 try { this.wait();//this表示同步监视器对象 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } for (int i = 1; i <= 10; i++) { System.out.println("sub thread sequence " + i +" loop of " + k); } //子线程做完了,把它置为false isShouldSub =false; //并且唤醒主线程 this.notify();}publicsynchronizedvoid main(int k) { if(isShouldSub){){//此处用while最好,因为可能出现假唤醒(API文档里有介绍),//用while的话还会重新判断,这样程序更加严谨和健壮 try { this.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } for (int i = 1; i <= 100; i++) { System.out.println("main thread sequence " + i +" loop of " + k); } //主线程做完了,把它置为true isShouldSub =true; //并且唤醒子线程 this.notify(); }}
4,线程范围内共享数据.(ThreadLocal)下面通过一个简单的示例来描述线程之间非共享数据.[java] view plaincopy

1. private static int k = 0;
2. public static void main(String[] args) {
3. for (int i = 0; i < 2; i++) {
4. new Thread(new Runnable() {
5. @Override
6. public void run() {
7. k = new Random().nextInt();
8. System.out.println(Thread.currentThread().getName()
9. + " put value to i " + k);
10. new A().get();
11. new B().get();
12. try {
13. Thread.sleep(10);
14. } catch (InterruptedException e) {
15. e.printStackTrace();
16. }
17. }
18. }).start();
19. }
20. }
21. //模块A
22. static class A {
23. public void get() {
24. System.out.println("A from " +Thread.currentThread().getName() + " get value "+ k);
25. }
26. }
27. //模块B
28. static class B {
29. public void get() {
30. System.out.println("A from " +Thread.currentThread().getName() + " get value "+ k);
31. }
32. }

现在我们需要这样的效果,假设线程0给i赋值为1,那么当线程0取的时候也是1,也就是说线程之间取各自放进去的值.而上面的程序达不到这样的要求. 这就需要线程范围内的数据共享.那么我们可以这样来实现,这也是线程范围内数据共享的原理.定义一个Map集合key和value分别为Thread和Integer.把给i赋值的代码替换为int k =new Random().nextInt();map.put(Thread.currentThread(), k);get()方法内的代码改为System.out.println("A from " + Thread.currentThread().getName()+ " get value " + map.get(Thread.currentThread()));这样的话就实现了线程范围内的数据共享了,线程取得值是各自放进去的.这有什么用呢?比如事务,所谓事务的回滚和提交指的是在一个线程上的,如果是在不同的线程上,那么逻辑就乱了.这不是我们想要的,这样的话我们就可以通过线程范围内共享数据,也就是把连接绑定到该线程上,那么在该线程获取的连接是同一个连接.下面通过ThreadLocal来实现这样的功能.[java] view plaincopy

1. public class ThreadLocalTest {
2. public static void main(String[] args) {
3. for (int i = 0; i < 2; i++) {
4. new Thread(new Runnable() {
5. @Override
6. public void run() {
7. int k = new Random().nextInt();
8. ThreadShareData.getThreadShareData().setAge(k);
9. ThreadShareData.getThreadShareData().setName("name" + k);
11. System.out.println(Thread.currentThread().getName()
12. + " put value to i " + k);
13. new A().get();
14. new B().get();
15. try {
16. Thread.sleep(10);
17. } catch (InterruptedException e) {
18. e.printStackTrace();
19. }
20. }
21. }).start();
22. }
23. }
25. // 模块A
26. static class A {
27. public void get() {
28. ThreadShareData data = ThreadShareData.getThreadShareData();
29. System.out.println("A from " + Thread.currentThread().getName()
30. + " get value " + data.getName() + "--" + data.getAge());
31. }
32. }
34. // 模块B
35. static class B {
36. public void get() {
37. ThreadShareData data = ThreadShareData.getThreadShareData();
38. System.out.println("B from " + Thread.currentThread().getName()
39. + " get value " + data.getName() + "--" + data.getAge());
40. }
41. }
42. }
44. class ThreadShareData {
45. private static ThreadLocal<ThreadShareData> local = new ThreadLocal<ThreadShareData>();
46. private ThreadShareData() {
47. }
48. public static ThreadShareData getThreadShareData() {
49. ThreadShareData data = local.get();
50. if (data == null) {
51. data = new ThreadShareData();
52. local.set(data);
53. }
54. return data;
55. }
56. private String name;
57. private int age;
58. public String getName() {
59. return name;
60. }
61. public void setName(String name) {
62. this.name = name;
63. }
64. public int getAge() {
65. return age;
66. }
67. public void setAge(int age) {
68. this.age = age;
69. }
70. }

上面的例子,对于线程范围内共享对象是一个比较优雅的设计方案,ThreadShareData 有name和age两个属性,这个类的实例是与每个线程相关的.那么这个设计就交给这个类自己吧,其他用户在任意线程调用我这个类的方法,自然而然就是与线程相关的实例.因为里面我们封装了一个ThreadLocal对象. 那么我们是否考虑到如果成千上万的线程来访问,那么是不是可能会导致内存溢出呢?其实当一个线程死亡,那么系统会把该线程在ThreadLocal产生的数据清除掉,

5,多个线程访问共享对象和数据的方式:1>如果每个线程执行的代码相同,额可以使用相同的Runnable对象,这个Runnable对象中有那个共享数据,例如,买票系统可以这么来实现[java] view plaincopy

1. public static void main(String[] args) {
2. MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
3. new Thread(myRunnable).start();
4. new Thread(myRunnable).start();
5. new Thread(myRunnable).start();
6. new Thread(myRunnable).start();
7. }
8. static class MyRunnable implements Runnable {
9. int count = 100;
10. @Override
11. public void run() {
12. synchronized (this) {//同步
13. while (true) {
14. if (count > 0) {
15. try {
16. //模拟线程安全问题,所以要同步/互斥
17. Thread.sleep(10);
18. } catch (InterruptedException e) {
19. e.printStackTrace();
20. }
21. count--;
22. } else {
23. break;
24. }
25. System.out.println(count);
26. }
27. }
28. }
29. }

2>如果每个线程执行的代码不同,比如一个线程对一个整形执行加操作,另一个线程对该整形进行减操作.这时候需要用不同的Runnable对象,有如下三种方式来实现这些Runnable对象的数据共享. ①将共享数据封装在另外一个对象中,然后将这个对象逐一传递给各个Runnable对象,每个线程对共享数据的操作方法也分配到那个对象身上去完成,这样容易实现针对该数据进行各个操作的互斥和通信.[java] view plaincopy

1. public static void main(String[] args) {
2. ShareData shareData = new ShareData();
3. new Thread(new MyRunnable(shareData)).start();
4. new Thread(new MyRunnable2(shareData)).start();
5. }
7. static class MyRunnable implements Runnable {
8. private ShareData shareData;
10. public MyRunnable(ShareData shareData) {
11. this.shareData = shareData;
12. }
14. @Override
15. public void run() {
16. shareData.increase();
17. }
18. }
19. static class MyRunnable2 implements Runnable {
20. private ShareData shareData;
22. public MyRunnable2(ShareData shareData) {
23. this.shareData = shareData;
24. }
26. @Override
27. public void run() {
28. shareData.decrease();
29. }
30. }
31. static class ShareData {
32. int count = 100;
34. public void increase() {
35. count++;
36. }
38. public void decrease() {
39. count--;
40. }
41. }

②将这些Runnable对象作为某一类中的内部类,共享数据作为这个外部类中的成员变量,每个线程对共享数据的操作方法也分配给外部类,以便实现对共享数据进行各个操作的互斥和通信,作为内部类的各个Runnable对象调用外部类的这些方法.[java] view plaincopy

1. static ShareData shareData = new ShareData();
2. public static void main(String[] args) {
3. //final ShareData shareData = new ShareData();
4. new Thread(new Runnable() {
5. @Override
6. public void run() {
7. shareData.decrease();
8. }
9. }).start();
10. new Thread(new Runnable() {
11. @Override
12. public void run() {
13. shareData.increase();
14. }
15. }).start();
16. }
17. static class ShareData {
18. int count = 100;
20. public void increase() {
21. count++;
22. }
24. public void decrease() {
25. count--;
26. }
27. }

③上面两种方式的组合:将共享数据封装在另一个对象中,每个线程对共享数据的操作方法也分配到那个对象身上去完成,对象作为这个外部类中的成员变量或者方法中的局部变量,每个线程的Runnable对象作为外部类中的成员内部类或者局部内部类.[java] view plaincopy

1. public class ThreadTest1
2. {
3. private int j;
4. public static void main(String args[]){
5. ThreadTest1 tt=new ThreadTest1();
6. Inc inc=tt.new Inc();
7. Dec dec=tt.new Dec();
8. for(int i=0;i<2;i++){
9. Thread t=new Thread(inc);
10. t.start();
11. t=new Thread(dec);
12. t.start();
13. }
14. }
15. private synchronized void inc(){
16. j++;
17. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-inc:"+j);
18. }
19. private synchronized void dec(){
20. j--;
21. System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-dec:"+j);
22. }
23. class Inc implements Runnable{
24. public void run(){
25. for(int i=0;i<100;i++){
26. inc();
27. }
28. }
29. }
30. class Dec implements Runnable{
31. public void run(){
32. for(int i=0;i<100;i++){
33. dec();
34. }
35. }
36. }
37. }

总之,要同步互斥的几段代码最好分别放在几个独立的方法中,这些方法再放在同一个类中,这样比较容易实现他们之间的同步互斥和通信.
转载请注明出处: http://blog.csdn.net/johnny901114/article/details/8695668