java多線程應用實現方法

2020-01-31 16:50:47

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供稿：網友

以前沒有寫筆記的習慣，現在慢慢的發現及時總結是多么的重要了，呵呵。雖然才大二，但是也快要畢業了，要加油了。
這一篇文章主要關于java多線程，主要還是以例子來驅動的。因為講解多線程的書籍和文章已經很多了，所以我也不好意思多說，呵呵、大家可以去參考一些那些書籍。我這個文章主要關于實際的一些問題。同時也算是我以后復習的資料吧，。呵呵大家多多指教。
同時希望多結交一些技術上的朋友。謝謝。
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java中的多線程
在java中要想實現多線程，有兩種手段，一種是繼續Thread類，另外一種是實現Runable接口。
對于直接繼承Thread的類來說，代碼大致框架是：

復制代碼代碼如下:

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

}

先看一個簡單的例子：

復制代碼代碼如下:

/**
* @author Rollen-Holt 繼承Thread類,直接調用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 + "運行 " + i);
}
}

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

private String name;
}

【運行結果】：
A運行 0
A運行 1
A運行 2
A運行 3
A運行 4
B運行 0
B運行 1
B運行 2
B運行 3
B運行 4
我們會發現這些都是順序執行的，說明我們的調用方法不對，應該調用的是start（）方法。
當我們把上面的主函數修改為如下所示的時候：

復制代碼代碼如下:

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

然后運行程序，輸出的可能的結果如下：
A運行 0
B運行 0
B運行 1
B運行 2
B運行 3
B運行 4
A運行 1
A運行 2
A運行 3
A運行 4
因為需要用到CPU的資源，所以每次的運行結果基本是都不一樣的，呵呵。
注意：雖然我們在這里調用的是start（）方法，但是實際上調用的還是run（）方法的主體。
那么：為什么我們不能直接調用run（）方法呢？
我的理解是：線程的運行需要本地操作系統的支持。
如果你查看start的源代碼的時候，會發現：

復制代碼代碼如下:

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();

注意我用紅色加粗的那一條語句，說明此處調用的是start0（）。并且這個這個方法用了native關鍵字，次關鍵字表示調用本地操作系統的函數。因為多線程的實現需要本地操作系統的支持。
但是start方法重復調用的話，會出現java.lang.IllegalThreadStateException異常。

通過實現Runnable接口：
大致框架是：

復制代碼代碼如下:

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

}

來先看一個小例子吧：

復制代碼代碼如下:

/**
* @author Rollen-Holt 實現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 + "運行 " + i);
}
}

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

private String name;
}

【可能的運行結果】：
線程A運行 0
線程Ｂ運行 0
線程Ｂ運行 1
線程Ｂ運行 2
線程Ｂ運行 3
線程Ｂ運行 4
線程A運行 1
線程A運行 2
線程A運行 3
線程A運行 4

關于選擇繼承Thread還是實現Runnable接口？
其實Thread也是實現Runnable接口的：

復制代碼代碼如下:

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

其實Thread中的run方法調用的是Runnable接口的run方法。不知道大家發現沒有，Thread和Runnable都實現了run方法，這種操作模式其實就是代理模式。關于代理模式，我曾經寫過一個小例子呵呵，大家有興趣的話可以看一下：http://www.cnblogs.com/rollenholt/archive/2011/08/18/2144847.html
Thread和Runnable的區別：
如果一個類繼承Thread，則不適合資源共享。但是如果實現了Runable接口的話，則很容易的實現資源共享。

復制代碼代碼如下:

/**
* @author Rollen-Holt 繼承Thread類，不能資源共享
* */
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;
}

【運行結果】：
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，如果這個是一個買票系統的話，如果count表示的是車票的數量的話，說明并沒有實現資源的共享。
我們換為Runnable接口：

復制代碼代碼如下:

/**
* @author Rollen-Holt 繼承Thread類，不能資源共享
* */
class hello implements Runnable {
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 he=new hello();
new Thread(he).start();
}

private int count = 5;
}

【運行結果】：
count= 5
count= 4
count= 3
count= 2
count= 1

總結一下吧：
實現Runnable接口比繼承Thread類所具有的優勢：
1）：適合多個相同的程序代碼的線程去處理同一個資源
2）：可以避免java中的單繼承的限制
3）：增加程序的健壯性，代碼可以被多個線程共享，代碼和數據獨立。

所以，本人建議大家勁量實現接口。

復制代碼代碼如下:

/**
* @author Rollen-Holt
* 取得線程的名稱
* */
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();
}
}

【運行結果】：
A
A
A

B

Thread-0
Thread-0
Thread-0
說明如果我們沒有指定名字的話，系統自動提供名字。
提醒一下大家：main方法其實也是一個線程。在java中所以的線程都是同時啟動的，至于什么時候，哪個先執行，完全看誰先得到CPU的資源。

在java中，每次程序運行至少啟動2個線程。一個是main線程，一個是垃圾收集線程。因為每當使用java命令執行一個類的時候，實際上都會啟動一個ＪＶＭ，每一個ｊＶＭ實習在就是在操作系統中啟動了一個進程。
判斷線程是否啟動

復制代碼代碼如下:

/**
* @author Rollen-Holt 判斷線程是否啟動
* */
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("線程啟動之前---》" + demo.isAlive());
demo.start();
System.out.println("線程啟動之后---》" + demo.isAlive());
}
}

【運行結果】
線程啟動之前---》false
線程啟動之后---》true
Thread-0
Thread-0
Thread-0
主線程也有可能在子線程結束之前結束。并且子線程不受影響，不會因為主線程的結束而結束。

線程的強制執行：

復制代碼代碼如下:

/**
* @author Rollen-Holt 線程的強制執行
* */
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,"線程");
demo.start();
for(int i=0;i<50;++i){
if(i>10){
try{
demo.join(); //強制執行demo
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("main 線程執行-->"+i);
}
}
}

【運行的結果】：
main 線程執行-->0
main 線程執行-->1
main 線程執行-->2
main 線程執行-->3
main 線程執行-->4
main 線程執行-->5
main 線程執行-->6
main 線程執行-->7
main 線程執行-->8
main 線程執行-->9
main 線程執行-->10
線程
線程
線程
main 線程執行-->11
main 線程執行-->12
main 線程執行-->13
．．．

線程的休眠：

復制代碼代碼如下:

/**
* @author Rollen-Holt 線程的休眠
* */
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, "線程");
demo.start();
}
}

【運行結果】：（結果每隔2s輸出一個）
線程0
線程1
線程2

線程的中斷：

復制代碼代碼如下:

/**
* @author Rollen-Holt 線程的中斷
* */
class hello implements Runnable {
public void run() {
System.out.println("執行run方法");
try {
Thread.sleep(10000);
System.out.println("線程完成休眠");
} catch (Exception e) {
System.out.println("休眠被打斷");
return; //返回到程序的調用處
}
System.out.println("線程正常終止");
}

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

【運行結果】：
執行run方法
休眠被打斷

在java程序中，只要前臺有一個線程在運行，整個java程序進程不會小時，所以此時可以設置一個后臺線程，這樣即使java進程小時了，此后臺線程依然能夠繼續運行。

復制代碼代碼如下:

/**
* @author Rollen-Holt 后臺線程
* */
class hello implements Runnable {
public void run() {
while (true) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在運行");
}
}

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

雖然有一個死循環，但是程序還是可以執行完的。因為在死循環中的線程操作已經設置為后臺運行了。
線程的優先級：

復制代碼代碼如下:

/**
* @author Rollen-Holt 線程的優先級
* */
class hello implements Runnable {
public void run() {
for(int i=0;i<5;++i){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"運行"+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();

}
}

【運行結果】：
A運行0
A運行1
A運行2
A運行3
A運行4
B運行0
C運行0
C運行1
C運行2
C運行3
C運行4
B運行1
B運行2
B運行3
B運行4
。但是請讀者不要誤以為優先級越高就先執行。誰先執行還是取決于誰先去的CPU的資源、

另外，主線程的優先級是5.
線程的禮讓。
在線程操作中，也可以使用yield（）方法，將一個線程的操作暫時交給其他線程執行。

復制代碼代碼如下:

/**
* @author Rollen-Holt 線程的優先級
* */
class hello implements Runnable {
public void run() {
for(int i=0;i<5;++i){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"運行"+i);
if(i==3){
System.out.println("線程的禮讓");
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運行0
A運行1
A運行2
A運行3
線程的禮讓
A運行4
B運行0
B運行1
B運行2
B運行3
線程的禮讓
B運行4

同步和死鎖：
【問題引出】:比如說對于買票系統，有下面的代碼：

復制代碼代碼如下:

/**
* @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;
}

【運行結果】：
5
4
3
2
1
0
-1
這里出現了-1，顯然這個是錯的。，應該票數不能為負值。
如果想解決這種問題，就需要使用同步。所謂同步就是在統一時間段中只有有一個線程運行，
其他的線程必須等到這個線程結束之后才能繼續執行。
【使用線程同步解決問題】
采用同步的話，可以使用同步代碼塊和同步方法兩種來完成。

【同步代碼塊】：
語法格式：
synchronized（同步對象）{
//需要同步的代碼
}
但是一般都把當前對象this作為同步對象。
比如對于上面的買票的問題，如下：

復制代碼代碼如下:

/**
* @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--);
}
}
}
}

【運行結果】：（每一秒輸出一個結果）
5
4
3
2
1
【同步方法】
也可以采用同步方法。
語法格式為synchronized 方法返回類型方法名（參數列表）{
// 其他代碼
}
現在，我們采用同步方法解決上面的問題。

復制代碼代碼如下:

/**
* @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;
}

【運行結果】（每秒輸出一個）
5
4
3
2
1
提醒一下，當多個線程共享一個資源的時候需要進行同步，但是過多的同步可能導致死鎖。
此處列舉經典的生產者和消費者問題。
【生產者和消費者問題】
先看一段有問題的代碼。

復制代碼代碼如下:

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;
}

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

/**
* 生產者
* */
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;
}
}
}
}
/**
* 消費者類
* */
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());
}
}
}

/**
* 測試類
* */
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();
}
}

【運行結果】：
Rollen<---->100
chunGe<---->20
chunGe<---->100
Rollen<---->100
chunGe<---->20
Rollen<---->100
Rollen<---->100
Rollen<---->100
chunGe<---->20
chunGe<---->20
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
大家可以從結果中看到，名字和年齡并沒有對于。

那么如何解決呢？
1） 加入同步
2） 加入等待和喚醒
先來看看加入同步會是如何。

復制代碼代碼如下:

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){
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;
}

/**
* 生產者
* */
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;
}
}
}
}

/**
* 消費者類
* */
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();
}
}
}

/**
* 測試類
* */
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();
}
}

【運行結果】：
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
Rollen<===>20
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
ChunGe<===>100
從運行結果來看，錯亂的問題解決了，現在是Rollen 對應20，ChunGe對于100
，但是還是出現了重復讀取的問題，也肯定有重復覆蓋的問題。如果想解決這個問題，就需要使用Object類幫忙了、
，我們可以使用其中的等待和喚醒操作。
要完成上面的功能，我們只需要修改Info類饑渴，在其中加上標志位，并且通過判斷標志位完成等待和喚醒的操作，代碼如下：

復制代碼代碼如下:

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;
}

/**
* 生產者
* */
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;
}
}
}
}

/**
* 消費者類
* */
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();
}
}
}

/**
* 測試類
* */
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();
}
}

【程序運行結果】：
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
先在看結果就可以知道，之前的問題完全解決。
《完》
PS（寫在后面）：
本人深知學的太差，所以希望大家能多多指點。另外，關于多線程其實有很多的知識，由于目前我也就知道的不太多，寫了一些常用的。雖然在操作系統這門課上學了很多的線程和進程，比如銀行家算法等等的，以后有時間在補充，大家有什么好資料可以留個言，大家一起分享一下，謝謝了。

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