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.

publicstaticvoidmain(String[]args){
newTimer().schedule(newMyTimerTask(),2000);
try{
while(true){
System.out.println(newDate().getSeconds());
Thread.sleep(1000);
}
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
}
}
classMyTimerTaskextendsTimerTask{
staticintcount=0;
@Override
publicvoidrun(){
count=(count+1)%2;//count=0或1
System.out.println("boming");
Timertimer=newTimer();
timer.schedule(newMyTimerTask(),2000+(2000)*count);
}

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,

publicstaticvoidmain(String[]args){
finalOutputeroutputer=newOutputer();
newThread(){
@Override
publicvoidrun(){
while(true){
try{
Thread.sleep(100);
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
outputer.print("zhangsan");
}
}
}.start();
newThread(){
@Override
publicvoidrun(){
while(true){
try{
Thread.sleep(100);
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
outputer.print("zhangxiaoxiang");
}
}
}.start();
}
}
classOutputer{
publicvoidprint(Stringname){
for(inti=0;i<name.length();i++){
System.out.print(name.charAt(i));
}
System.out.println();//打印完字符串换行
}
}

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.

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

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,

//同步方法也同样也有同步监视器,它是this
publicsynchronizedvoidprint2(Stringname){
for(inti=0;i<name.length();i++){
System.out.print(name.charAt(i));
}
System.out.println();//打印完字符串换行
}

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:

//静态的同步方法同样也有同步监视器,它是class
publicstaticsynchronizedvoidprint3(Stringname){
for(inti=0;i<name.length();i++){
System.out.print(name.charAt(i));
}
System.out.println();//打印完字符串换行
}

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。

//静态的同步方法同样也有同步监视器,它是class
publicstaticsynchronizedvoidprint3(Stringname){
for(inti=0;i<name.length();i++){
System.out.print(name.charAt(i));
}
System.out.println();//打印完字符串换行
}
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。
publicstaticvoidmain(String[]args){
newThread(newRunnable(){
@Override
publicvoidrun(){
for(intk=1;k<=50;k++){
for(inti=1;i<=10;i++){
System.out.println("subthreadsequence"+i
+"loopof"+k);
}
}
}
}).start();
for(intk=1;k<=50;k++){
for(inti=1;i<=100;i++){
System.out
.println("mainthreadsequence"+i+"loopof"+k);
}
}
}

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

classBusiness {

publicsynchronizedvoidsub(intk) {

for(inti = 1; i <= 10; i++) {

System.out.println("sub thread sequence "+ i +" loop of "+ k);

}

}

publicsynchronizedvoidmain(intk) {

for(inti = 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:

publicstaticvoidmain(String[] args) {

finalBusiness business =newBusiness();

newThread(newRunnable() {

@Override

publicvoidrun() {

for(intk = 1; k <= 50; k++) {

business.sub(k);

}

}

}).start();

for(intk = 1; k <= 50; k++) {

business.main(k);

}

}

}

classBusiness {

//默认子线程先执行

booleanisShouldSub=true;

publicsynchronizedvoidsub(intk) {

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(inti = 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();

}

publicsynchronizedvoidmain(intk) {

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(inti = 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.

privatestaticintk=0;
publicstaticvoidmain(String[]args){
for(inti=0;i<2;i++){
newThread(newRunnable(){
@Override
publicvoidrun(){
k=newRandom().nextInt();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+"putvaluetoi"+k);
newA().get();
newB().get();
try{
Thread.sleep(10);
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
}
//模块A
staticclassA{
publicvoidget(){
System.out.println("Afrom"+Thread.currentThread().getName()+"getvalue"+k);
}
}
//模块B
staticclassB{
publicvoidget(){
System.out.println("Afrom"+Thread.currentThread().getName()+"getvalue"+k);
}
}

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

intk =newRandom().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.

publicclassThreadLocalTest{
publicstaticvoidmain(String[]args){
for(inti=0;i<2;i++){
newThread(newRunnable(){
@Override
publicvoidrun(){
intk=newRandom().nextInt();
ThreadShareData.getThreadShareData().setAge(k);
ThreadShareData.getThreadShareData().setName("name"+k);

System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+"putvaluetoi"+k);
newA().get();
newB().get();
try{
Thread.sleep(10);
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
}

//模块A
staticclassA{
publicvoidget(){
ThreadShareDatadata=ThreadShareData.getThreadShareData();
System.out.println("Afrom"+Thread.currentThread().getName()
+"getvalue"+data.getName()+"--"+data.getAge());
}
}

//模块B
staticclassB{
publicvoidget(){
ThreadShareDatadata=ThreadShareData.getThreadShareData();
System.out.println("Bfrom"+Thread.currentThread().getName()
+"getvalue"+data.getName()+"--"+data.getAge());
}
}
}

classThreadShareData{
privatestaticThreadLocal<ThreadShareData>local=newThreadLocal<ThreadShareData>();
privateThreadShareData(){
}
publicstaticThreadShareDatagetThreadShareData(){
ThreadShareDatadata=local.get();
if(data==null){
data=newThreadShareData();
local.set(data);
}
returndata;
}
privateStringname;
privateintage;
publicStringgetName(){
returnname;
}
publicvoidsetName(Stringname){
this.name=name;
}
publicintgetAge(){
returnage;
}
publicvoidsetAge(intage){
this.age=age;
}
}

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

publicstaticvoidmain(String[]args){
MyRunnablemyRunnable=newMyRunnable();
newThread(myRunnable).start();
newThread(myRunnable).start();
newThread(myRunnable).start();
newThread(myRunnable).start();
}
staticclassMyRunnableimplementsRunnable{
intcount=100;
@Override
publicvoidrun(){
synchronized(this){//同步
while(true){
if(count>0){
try{
//模拟线程安全问题,所以要同步/互斥
Thread.sleep(10);
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
count--;
}else{
break;
}
System.out.println(count);
}
}
}
}

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.

publicstaticvoidmain(String[]args){
ShareDatashareData=newShareData();
newThread(newMyRunnable(shareData)).start();
newThread(newMyRunnable2(shareData)).start();
}

staticclassMyRunnableimplementsRunnable{
privateShareDatashareData;

publicMyRunnable(ShareDatashareData){
this.shareData=shareData;
}

@Override
publicvoidrun(){
shareData.increase();
}
}
staticclassMyRunnable2implementsRunnable{
privateShareDatashareData;

publicMyRunnable2(ShareDatashareData){
this.shareData=shareData;
}

@Override
publicvoidrun(){
shareData.decrease();
}
}
staticclassShareData{
intcount=100;

publicvoidincrease(){
count++;
}

publicvoiddecrease(){
count--;
}
}

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.

staticShareDatashareData=newShareData();
publicstaticvoidmain(String[]args){
//finalShareDatashareData=newShareData();
newThread(newRunnable(){
@Override
publicvoidrun(){
shareData.decrease();
}
}).start();
newThread(newRunnable(){
@Override
publicvoidrun(){
shareData.increase();
}
}).start();
}
staticclassShareData{
intcount=100;

publicvoidincrease(){
count++;
}

publicvoiddecrease(){
count--;
}
}

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.

publicclassThreadTest1
{
privateintj;
publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
ThreadTest1tt=newThreadTest1();
Incinc=tt.newInc();
Decdec=tt.newDec();
for(inti=0;i<2;i++){
Threadt=newThread(inc);
t.start();
t=newThread(dec);
t.start();
}
}
privatesynchronizedvoidinc(){
j++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-inc:"+j);
}
privatesynchronizedvoiddec(){
j--;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-dec:"+j);
}
classIncimplementsRunnable{
publicvoidrun(){
for(inti=0;i<100;i++){
inc();
}
}
}
classDecimplementsRunnable{
publicvoidrun(){
for(inti=0;i<100;i++){
dec();
}
}
}
}

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.

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