Java多線程程序設計初步
在Java語言產(chǎn)生前，傳統(tǒng)的程序設計語言的程序同一時刻只能單任務操作，效率非常低，例如程序往往在接收數(shù)據(jù)輸入時發(fā)生阻塞，只有等到程序獲得數(shù)據(jù)后才能繼續(xù)運行。 隨著Internet的迅猛發(fā)展，這種狀況越來越不能讓人們忍受：如果網(wǎng)絡接收數(shù)據(jù)阻塞，后臺程序就處于等待狀態(tài)而不繼續(xù)任何操作，而這種阻塞是經(jīng)常會碰到的，此時CPU資源被白白的閑置起來。如果在后臺程序中能夠同時處理多個任務，該多好啊！應Internet技術而生的Java語言解決了這個問題，多線程程序是Java語言的一個很重要的特點。在一個Java程序中，我們可以同時并行運行多個相對獨立的線程，例如，我們如果創(chuàng)建一個線程來進行數(shù)據(jù)輸入輸出，而創(chuàng)建另一個線程在后臺進行其它的數(shù)據(jù)處理，如果輸入輸出線程在接收數(shù)據(jù)時阻塞，而處理數(shù)據(jù)的線程仍然在運行。多線程程序設計大大提高了程序執(zhí)行效率和處理能力。
線程的創(chuàng)建
我們知道Java是面向對象的程序語言，用Java進行程序設計就是設計和使用類，Java為我們提供了線程類Thread來創(chuàng)建線程，創(chuàng)建線程與創(chuàng)建普通的類的對象的操作是一樣的，而線程就是Thread類或其子類的實例對象。下面是一個創(chuàng)建啟動一個線程的語句：
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從這個例子，我們可以通過Thread()構造方法創(chuàng)建一個線程，并啟動該線程。事實上，啟動線程，也就是啟動線程的run()方法，而Thread類中的run()方法沒有任何操作語句，所以這個線程沒有任何操作。要使線程實現(xiàn)預定功能，必須定義自己的run()方法。Java中通常有兩種方式定義run()方法：
通過定義一個Thread類的子類，在該子類中重寫run()方法。Thread子類的實例對象就是一個線程，顯然，該線程有我們自己設計的線程體run()方法，啟動線程就啟動了子類中重寫的run()方法。
通過Runnable接口，在該接口中定義run()方法的接口。所謂接口跟類非常類似，主要用來實現(xiàn)特殊功能，如復雜關系的多重繼承功能。在此，我們定義一個實現(xiàn)Runnable() 接口的類，在該類中定義自己的run()方法，然后以該類的實例對象為參數(shù)調用Thread類的構造方法來創(chuàng)建一個線程。
線程被實際創(chuàng)建后處于待命狀態(tài)，激活（啟動）線程就是啟動線程的run()方法，這是通過調用線程的start()方法來實現(xiàn)的。
下面一個例子實踐了如何通過上述兩種方法創(chuàng)建線程并啟動它們：
// 通過Thread類的子類創(chuàng)建的線程；
class thread1 extends Thread
{ file://自定義線程的run()方法；
public void run()
{
System.out.println("Thread1 is running…");
}
}
file://通過Runnable接口創(chuàng)建的另外一個線程；
class thread2 implements Runnable
{ file://自定義線程的run()方法；
public void run()
{
System.out.println("Thread2 is running…");
}
}
file://程序的主類'
class Multi_Thread file://聲明主類；
{
plubic static void mail(String args[]) file://聲明主方法；
{
thread1 threadone=new thread1(); file://用Thread類的子類創(chuàng)建線程；
Thread threadtwo=new Thread(new thread2()); file://用Runnable接口類的對象創(chuàng)建線程；
threadone.start(); threadtwo.start(); file://strat()方法啟動線程；
}
}
運行該程序就可以看出，線程threadone和threadtwo交替占用CPU，處于并行運行狀態(tài)。可以看出，啟動線程的run()方法是通過調用線程的start()方法來實現(xiàn)的(見上例中主類)，調用start()方法啟動線程的run()方法不同于一般的調用方法，調用一般方法時，必須等到一般方法執(zhí)行完畢才能夠返回start()方法，而啟動線程的run()方法后，start()告訴系統(tǒng)該線程準備就緒可以啟動run()方法后，就返回start()方法執(zhí)行調用start()方法語句下面的語句，這時run()方法可能還在運行，這樣，線程的啟動和運行并行進行，實現(xiàn)了多任務操作。
線程的優(yōu)先級
對于多線程程序，每個線程的重要程度是不盡相同，如多個線程在等待獲得CPU時間時，往往我們需要優(yōu)先級高的線程優(yōu)先搶占到CPU時間得以執(zhí)行；又如多個線程交替執(zhí)行時，優(yōu)先級決定了級別高的線程得到CPU的次數(shù)多一些且時間多長一些；這樣，高優(yōu)先級的線程處理的任務效率就高一些。
Java中線程的優(yōu)先級從低到高以整數(shù)1~10表示，共分為10級，設置優(yōu)先級是通過調用線程對象的setPriority()方法，如上例中，設置優(yōu)先級的語句為：
thread1 threadone=new thread1(); file://用Thread類的子類創(chuàng)建線程； Thread threadtwo=new Thread(new thread2()); file://用Runnable接口類的對象創(chuàng)建線程； threadone.setPriority(6); file://設置threadone的優(yōu)先級6； threadtwo.setPriority(3); file://設置threadtwo的優(yōu)先級3； threadone.start(); threadtwo.start(); file://strat()方法啟動線程； |
這樣，線程threadone將會優(yōu)先于線程threadtwo執(zhí)行，并將占有更多的CPU時間。該例中，優(yōu)先級設置放在線程啟動前，也可以在啟動后進行設置，以滿足不同的優(yōu)先級需求。
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線程的（同步）控制
一個Java程序的多線程之間可以共享數(shù)據(jù)。當線程以異步方式訪問共享數(shù)據(jù)時，有時候是不安全的或者不和邏輯的。比如，同一時刻一個線程在讀取數(shù)據(jù)，另外一個線程在處理數(shù)據(jù)，當處理數(shù)據(jù)的線程沒有等到讀取數(shù)據(jù)的線程讀取完畢就去處理數(shù)據(jù)，必然得到錯誤的處理結果。這和我們前面提到的讀取數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)并行多任務并不矛盾，這兒指的是處理數(shù)據(jù)的線程不能處理當前還沒有讀取結束的數(shù)據(jù)，但是可以處理其它的數(shù)據(jù)。
如果我們采用多線程同步控制機制，等到***個線程讀取完數(shù)據(jù)，第二個線程才能處理該數(shù)據(jù)，就會避免錯誤。可見，線程同步是多線程編程的一個相當重要的技術。
在講線程的同步控制前我們需要交代如下概念：
1. 用Java關鍵字synchonized同步對共享數(shù)據(jù)操作的方法
在一個對象中，用synchonized聲明的方法為同步方法。Java中有一個同步模型-監(jiān)視器，負責管理線程對對象中的同步方法的訪問，它的原理是：賦予該對象***一把'鑰匙'，當多個線程進入對象，只有取得該對象鑰匙的線程才可以訪問同步方法，其它線程在該對象中等待，直到該線程用wait()方法放棄這把鑰匙，其它等待的線程搶占該鑰匙，搶占到鑰匙的線程后才可得以執(zhí)行，而沒有取得鑰匙的線程仍被阻塞在該對象中等待。
file://聲明同步的一種方式：將方法聲明同步
class store |
2. 利用wait()、notify()及notifyAll()方法發(fā)送消息實現(xiàn)線程間的相互聯(lián)系
Java程序中多個線程通過消息來實現(xiàn)互動聯(lián)系的，這幾種方法實現(xiàn)了線程間的消息發(fā)送。例如定義一個對象的synchonized 方法，同一時刻只能夠有一個線程訪問該對象中的同步方法，其它線程被阻塞。通常可以用notify()或notifyAll()方法喚醒其它一個或所有線程。而使用wait()方法來使該線程處于阻塞狀態(tài)，等待其它的線程用notify()喚醒。
一個實際的例子就是生產(chǎn)和銷售，生產(chǎn)單元將產(chǎn)品生產(chǎn)出來放在倉庫中，銷售單元則從倉庫中提走產(chǎn)品，在這個過程中，銷售單元必須在倉庫中有產(chǎn)品時才能提貨；如果倉庫中沒有產(chǎn)品，則銷售單元必須等待。
程序中，假如我們定義一個倉庫類store，該類的實例對象就相當于倉庫，在store類中定義兩個成員方法：store_in()，用來模擬產(chǎn)品制造者往倉庫中添加產(chǎn)品；strore_out()方法則用來模擬銷售者從倉庫中取走產(chǎn)品。然后定義兩個線程類：customer類，其中的run()方法通過調用倉庫類中的store_out()從倉庫中取走產(chǎn)品，模擬銷售者；另外一個線程類producer中的run()方法通過調用倉庫類中的store_in()方法向倉庫添加產(chǎn)品，模擬產(chǎn)品制造者。在主類中創(chuàng)建并啟動線程，實現(xiàn)向倉庫中添加產(chǎn)品或取走產(chǎn)品。
如果倉庫類中的store_in() 和store_out()方法不聲明同步，這就是個一般的多線程，我們知道，一個程序中的多線程是交替執(zhí)行的，運行也是無序的，這樣，就可能存在這樣的問題：
倉庫中沒有產(chǎn)品了，銷售者還在不斷光顧，而且還不停的在'取'產(chǎn)品，這在現(xiàn)實中是不可思義的，在程序中就表現(xiàn)為負值；如果將倉庫類中的stroe_in()和store_out()方法聲明同步，如上例所示：就控制了同一時刻只能有一個線程訪問倉庫對象中的同步方法；即一個生產(chǎn)類線程訪問被聲明為同步的store_in()方法時，其它線程將不能夠訪問對象中的store_out()同步方法，當然也不能訪問store_in()方法。必須等到該線程調用wait()方法放棄鑰匙，其它線程才有機會訪問同步方法。
這個原理實際中也很好理解，當生產(chǎn)者（producer）取得倉庫***的鑰匙，就向倉庫中添放產(chǎn)品，此時其它的銷售者（customer，可以是一個或多個）不可能取得鑰匙，只有當生產(chǎn)者添放產(chǎn)品結束，交還鑰匙并且通知銷售者，不同的銷售者根據(jù)取得鑰匙的先后與否決定是否可以進入倉庫中提走產(chǎn)品。
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