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1、多线程第二章使用多线程实现生产者和消费者问题使用多线程实现生产者和消费者问题使用多线程实现龟兔赛跑使用多线程实现龟兔赛跑使用多线程实现多个用户安全存取一个账户使用多线程实现多个用户安全存取一个账户本章目标点点重重点点重重点点难难第2页/共38页点点重重概述概述线程基础线程基础进程与线程进程与线程线程分类线程分类多线程的优势多线程的优势线程控制线程控制线程的创建和启动线程的创建和启动线程的状态线程的状态线程调度线程调度线程同步线程同步线程同步的必要性线程同步的必要性线程同步的实现线程同步的实现死锁死锁线程间通信线程间通信线程间通信的必要性线程间通信的必要性线程间通信的实现线程间通信的实现进程和线
2、程进程和线程2-1程序程序程序是一段静态的代码，它是应用程序执行的蓝本程序是一段静态的代码，它是应用程序执行的蓝本进程进程进程是指一种正在运行的程序，有自己的地址空间进程是指一种正在运行的程序，有自己的地址空间 进程的特点进程的特点动态性动态性 并发性并发性 独立性独立性 进程和线程进程和线程2-2线程的定义线程的定义进程内部的一个执行单元，它是程序中一个单一的顺进程内部的一个执行单元，它是程序中一个单一的顺序控制流程。如果在一个进程中同时运行了多个线程，序控制流程。如果在一个进程中同时运行了多个线程，用来完成不同的工作，则称之为多线程用来完成不同的工作，则称之为多线程 线程的定义线程的定义进
3、程是系统资源分配的单位，进程是系统资源分配的单位，可包括多个线程可包括多个线程线程是独立调度和分派的基线程是独立调度和分派的基本单位，共享进程资源本单位，共享进程资源引入进程是为了多个程序并引入进程是为了多个程序并发执行，提高资源的利用率发执行，提高资源的利用率和系统吞吐量和系统吞吐量引入线程是为了减少程序在引入线程是为了减少程序在并发执行时付出的时空开销并发执行时付出的时空开销线程分类线程分类系统级线程系统级线程（核心级线程）：由操作系统内核进行管理，使用（核心级线程）：由操作系统内核进行管理，使用户程序可以创建、执行、撤销线程户程序可以创建、执行、撤销线程 用户级线程用户级线程管理过程全部
4、由用户程序完成，操作系统内核只对管理过程全部由用户程序完成，操作系统内核只对进程进行管理进程进行管理多线程的优势多线程的优势多线程使系统空转时间减少，提高多线程使系统空转时间减少，提高CPU利用率利用率进程间不能共享内存，但线程之间共享内存非进程间不能共享内存，但线程之间共享内存非常容易常容易使用多线程实现多任务并发比多进程的效率高使用多线程实现多任务并发比多进程的效率高Java语言内置多线程功能支持，简化了语言内置多线程功能支持，简化了Java的的多线程编程多线程编程线程的创建和启动线程的创建和启动6-1两种方法来创建线程两种方法来创建线程继承继承Java.lang.Thread类，并覆盖类
5、，并覆盖run()方法方法实现实现Java.lang.Runnable接口，并实现接口，并实现run()方法方法class MyThread extends Thread public void run()/*覆盖该方法覆盖该方法*/class MyThread implements Runnable public void run()/*实现该方法实现该方法*/线程的创建和启动线程的创建和启动6-2启动线程启动线程新建的线程不会自动开始运行，必须通过新建的线程不会自动开始运行，必须通过start()方方法启动法启动启动继承启动继承Thread的线程的线程启动实现启动实现Runnable接口的
6、线程接口的线程MyThread t=new MyThread();t.start();MyThread mt=new MyThread();Thread t =new Thread(mt);t.start();线程的创建和启动线程的创建和启动6-3继承继承Java.lang.Thread类类public class ThreadDemo1 public static void main(String args)MyThread1 t=new MyThread1();t.start();while(true)System.out.println(兔子领先了，别骄傲兔子领先了，别骄傲);class
7、 MyThread1 extends Thread public void run()while(true)System.out.println(乌龟领先了，加油乌龟领先了，加油);线程的创建和启动线程的创建和启动6-4实现实现Java.lang.Runnable接口接口public class ThreadDemo2 public static void main(String args)MyThread2 mt=new MyThread2();Thread t=new Thread(mt);t.start();while(true)System.out.println(兔子领先了，加油兔子
8、领先了，加油);class MyThread2 implements Runnable public void run()while(true)System.out.println(乌龟超过了，再接再厉乌龟超过了，再接再厉);线程的创建和启动线程的创建和启动6-5两种线程创建方式的比较两种线程创建方式的比较继承继承Thread类方式的多线程类方式的多线程优势：编写简单优势：编写简单劣势：无法继承其它父类劣势：无法继承其它父类实现实现Runnable接口方式的多线程接口方式的多线程优势：可以继承其它类，多线程可共享同一个优势：可以继承其它类，多线程可共享同一个Thread对象对象劣势：编程方式稍
9、微复杂，如果需要访问当前线程，需要劣势：编程方式稍微复杂，如果需要访问当前线程，需要调用调用Thread.currentThread()方法方法线程的创建和启动线程的创建和启动6-6Thread类的常用方法类的常用方法方 法功 能static Thread currentThread()得到当前线程得到当前线程final String getName()返回线程的名称返回线程的名称final void setName(String name)将线程的名称设置为由将线程的名称设置为由namename指定的名称指定的名称 void start()调用调用run()run()方法启动线程，开始线程的
10、执行方法启动线程，开始线程的执行void run()存放线程体代码存放线程体代码线程的状态线程的状态新生新生使用使用new关键字创建一个线程关键字创建一个线程后，尚未调用其后，尚未调用其start方法之前方法之前 可运行可运行调用线程对象的调用线程对象的start方法之后方法之后这个状态当中，线程对象可能这个状态当中，线程对象可能正在运行，也可能等待运行正在运行，也可能等待运行阻塞阻塞一种一种“不可运行不可运行”的状态，在的状态，在得到一个特定的事件之后会返得到一个特定的事件之后会返回到可运行状态回到可运行状态死亡死亡线程的线程的run方法运行完毕或者方法运行完毕或者在运行中出现未捕获的异常时
11、在运行中出现未捕获的异常时 线程调度线程调度6-1优先级概述优先级概述每个线程执行时都具有一定的优先级。当每个线程执行时都具有一定的优先级。当调度调度线程线程时，会优先考虑级别高的线程时，会优先考虑级别高的线程默认情况下，一个线程继承其父线程的优先级默认情况下，一个线程继承其父线程的优先级使用使用 线程对象线程对象.setPriority(p)来改变线程的优先级来改变线程的优先级优先级影响优先级影响CPU在线程间切换，切换的原则是：在线程间切换，切换的原则是：当一个线程通过显式放弃、睡眠或者阻塞、自愿释放控制权当一个线程通过显式放弃、睡眠或者阻塞、自愿释放控制权时，所有线程均接受检查而优先级高
12、线程将会优先执行时，所有线程均接受检查而优先级高线程将会优先执行一个线程可以被一个高优先级的线程抢占资源一个线程可以被一个高优先级的线程抢占资源同级别的线程之间，则通过控制权的释放，确保所有的线程同级别的线程之间，则通过控制权的释放，确保所有的线程均有机会运行。均有机会运行。线程调度线程调度6-2join()阻塞指定线程等到另一个线程完成以后再继续执行阻塞指定线程等到另一个线程完成以后再继续执行 public class JoinTest extends Thread public JoinTest(String name)super(name);public void run()for(in
13、t i=0;i 5;i+)System.out.println(getName()+i);public static void main(String args)for(int i=0;i 10;i+)if(i=5)JoinTest tempjt=new JoinTest(半路加入的线程半路加入的线程);try tempjt.start();tempjt.join();catch(InterruptedException e)e.printStackTrace();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+i);线程调度线程调度6-
14、3sleep()使线程停止运行一段时间，将处于阻塞状态使线程停止运行一段时间，将处于阻塞状态阻塞的时间由指定的毫秒数决定阻塞的时间由指定的毫秒数决定public class TestSleep public static void main(String args)System.out.println(Wait);/让主线程等待让主线程等待5秒再执行秒再执行Wait.bySec(5);/提示恢复执行提示恢复执行System.out.println(start);class Wait public static void bySec(long s)/sleep s个个1秒秒for(int i=0
15、;i s;i+)System.out.println(i+1+秒秒);try/sleep1秒秒Thread.sleep(1000);catch(InterruptedException e)e.printStackTrace();线程调度线程调度6-4yield()让当前正在执行的线程暂停让当前正在执行的线程暂停该方法不会阻塞线程，而是将线程转入可运行状态该方法不会阻塞线程，而是将线程转入可运行状态 public class YeildTest public static void main(String args)TheThread mt=new TheThread();MyNewThrea
16、d mnt=new MyNewThread();mt.start();mnt.start();class TheThread extends Thread public void run()for(int i=0;i 5;i+)System.out.println(第一个线程的第第一个线程的第 +(i+1)+次运行次运行);Thread.yield();class MyNewThread extends Thread public void run()for(int i=0;i 5;i+)System.out.println(第二个线程的第第二个线程的第 +(i+1)+次运行次运行);Thre
17、ad.yield();线程调度线程调度6-5sleep()和和yield()对比对比 sleep()yield()暂暂停后的状停后的状态态进入被阻塞的状态，直到进入被阻塞的状态，直到经过指定时间后，才进入经过指定时间后，才进入可运行状态可运行状态直接将当前线程转入可运直接将当前线程转入可运行状态行状态没有其他等待没有其他等待运行的运行的线线程程当前线程会继续等待指定当前线程会继续等待指定的时间的时间当前线程会马上恢复执行当前线程会马上恢复执行等待等待线线程的程的优优先先级别级别不考虑，机会均等不考虑，机会均等将优先级相同或更高的线将优先级相同或更高的线程运行程运行线程调度线程调度6-6setD
18、aemon()可以将指定的线程设置成后台线程可以将指定的线程设置成后台线程创建后台线程的线程结束时，后台线程也随之消亡创建后台线程的线程结束时，后台线程也随之消亡public class DaemonTest extends Thread public void run()while(true)System.out.println(getName();public static void main(String args)DaemonTest dt=new DaemonTest();dt.setDaemon(true);dt.setName(后台线程后台线程);dt.start();for(i
19、nt i=0;i 10;i+)System.out.println(Thread.currentThread().getName()+i);线程同步的必要性线程同步的必要性3-1使用多线程进行开发，让两个用户同时操作一使用多线程进行开发，让两个用户同时操作一个银行账户。每次取款个银行账户。每次取款100元，取款前先检查元，取款前先检查余额是否足够。如果不够，放弃取款余额是否足够。如果不够，放弃取款创建银行账户类创建银行账户类Account创建取款线程创建取款线程TestAccount创建测试类创建测试类TestWithdrawal，让两个用户同，让两个用户同时取款时取款线程同步的必要性线程同步
20、的必要性3-2public class Account/余额余额private int balance=500;/检查余额检查余额public int getBalance()return balance;/取款取款public void withdraw(int amount)balance=balance-amount;public class TestAccount implements Runnable/所有的用此所有的用此TestAccount对象创建的线程共享同一个线程对象创建的线程共享同一个线程private Account acct=new Account();public v
21、oid run()for(int x=0;x 5;x+)makeWithdrawal(100);/取款取款if(acct.getBalance()=amt)System.out.println(Thread.currentThread().getName()+准备取款准备取款);try Thread.sleep(500);catch(InterruptedException ex)acct.withdraw(amt);/如果余额足够，则取款如果余额足够，则取款System.out.println(Thread.currentThread().getName()+完成取款完成取款);else/余
22、额不够给出提示余额不够给出提示System.out.println(余额不足以支付余额不足以支付 +Thread.currentThread().getName()+的取款，余额为的取款，余额为 +acct.getBalance();public class TestWithdrawal public static void main(String args)/创建两个线程分别表示张三和张三的老婆创建两个线程分别表示张三和张三的老婆TestAccount r=new TestAccount();Thread one=new Thread(r);Thread two=new Thread(r);
23、one.setName(张三张三);two.setName(张三的妻子张三的妻子);one.start();two.start();线程同步的必要性线程同步的必要性3-3当多个线程访问同一个数据时，容易出现线程当多个线程访问同一个数据时，容易出现线程安全问题。需要让线程同步，保证数据安全安全问题。需要让线程同步，保证数据安全线程同步线程同步当两个或两个以上线程访问同一资源时，需要某种当两个或两个以上线程访问同一资源时，需要某种方式来确保资源在某一时刻只被一个线程使用方式来确保资源在某一时刻只被一个线程使用线程同步的实现方案线程同步的实现方案同步代码块同步代码块 同步方法同步方法 线程同步的实现
24、线程同步的实现2-1同步代码块同步代码块 synchronized(obj)/此处代码为同步代码块此处代码为同步代码块public class TestAccount implements Runnable/所有的用此所有的用此TestAccount对象创建的线程共享同一个线程对象创建的线程共享同一个线程private Account acct=new Account();public void run()private void makeWithdrawal(int amt)synchronized(acct)if(acct.getBalance()=amt)System.out.print
25、ln(Thread.currentThread().getName()+准备取款准备取款);try Thread.sleep(500);catch(InterruptedException ex)acct.withdraw(amt);/如果余额足够，则取款如果余额足够，则取款System.out.println(Thread.currentThread().getName()+完成取款完成取款);else/余额不够给出提示余额不够给出提示System.out.println(余额不足以支付余额不足以支付+Thread.currentThread().getName()+的取款，余额为的取款，余
26、额为+acct.getBalance();线程同步的实现线程同步的实现2-2同步方法同步方法 访问修饰符访问修饰符 synchronized 返回类型返回类型 方法名方法名public class TestAccount implements Runnable/所有的用此所有的用此TestAccount对象创建的线程共享同一个线程对象创建的线程共享同一个线程private Account acct=new Account();public void run()for(int x=0;x 5;x+)makeWithdrawal(100);/取款取款if(acct.getBalance()=amt
27、)System.out.println(Thread.currentThread().getName()+准备取款准备取款);try Thread.sleep(500);catch(InterruptedException ex)acct.withdraw(amt);/如果余额足够，则取款如果余额足够，则取款System.out.println(Thread.currentThread().getName()+完成取款完成取款);else/余额不够给出提示余额不够给出提示System.out.println(余额不足以支付余额不足以支付 +Thread.currentThread().getN
28、ame()+的取款，余额为的取款，余额为 +acct.getBalance();死锁死锁线程同步的好处线程同步的好处解决了线程安全问题解决了线程安全问题线程同步的缺点线程同步的缺点性能下降性能下降会带来死锁会带来死锁死锁死锁当两个线程相互等待对方释放当两个线程相互等待对方释放“锁锁”时就会发生死时就会发生死锁锁出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续所有的线程都处于阻塞状态，无法继续多线程编程时应该注意避免死锁的发生多线程编程时应该注意避免死锁的发生线程间通信的必要性线程间通信的必要性3-1生产者和消费者问题生产
29、者和消费者问题假设仓库中只能存放一件产品，生产者将生产出来假设仓库中只能存放一件产品，生产者将生产出来的产品放入仓库，消费者将仓库中产品取走消费的产品放入仓库，消费者将仓库中产品取走消费如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，如果仓库中没有产品，则生产者将产品放入仓库，否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者否则停止生产并等待，直到仓库中的产品被消费者取走为止取走为止如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消如果仓库中放有产品，则消费者可以将产品取走消费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止品为止线程间通信的必要性线程间通信的必要
30、性3-2这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资这是一个线程同步问题，生产者和消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件源，并且生产者和消费者之间相互依赖，互为条件对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待。对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待。而生产了产品之后，又需要马上通知消费者消费而生产了产品之后，又需要马上通知消费者消费对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经消费结束，对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经消费结束，需要继续生产新产品以供消费需要继续生产新产品以供消费在生产者消费者问题中，仅有在生产者消费者问题中，仅有synchronized
31、是不够的是不够的synchronized可阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步可阻止并发更新同一个共享资源，实现了同步synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递（通信）不能用来实现不同线程之间的消息传递（通信）线程间通信的必要性线程间通信的必要性3-3Java提供了提供了3个方法解决线程之间的通信问题个方法解决线程之间的通信问题方法名作 用final void wait()表示线程一直等待，直到其它线程通知表示线程一直等待，直到其它线程通知void wait(long timeout)线程等待指定毫秒参数的时间线程等待指定毫秒参数的时间final void wait(long
32、 timeout,int nanos)线程等待指定毫秒、微妙的时间线程等待指定毫秒、微妙的时间final void notify()唤醒一个处于等待状态的线程唤醒一个处于等待状态的线程final void notifyAll()唤醒同一个对象上所有调用唤醒同一个对象上所有调用wait()wait()方法的方法的线程，优先级别高的线程优先运行线程，优先级别高的线程优先运行均是均是java.lang.Object类的方法类的方法都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常都只能在同步方法或者同步代码块中使用，否则会抛出异常线程间通信的实现线程间通信的实现3-1定义产品类定义产品类class
33、 SharedDataprivate char c;private boolean isProduced=false;/信号量信号量public synchronized void putShareChar(char c)/如果产品还未消费，则生产者等待如果产品还未消费，则生产者等待if(isProduced)try System.out.println(消费者还未消费，因此生产者停止生产消费者还未消费，因此生产者停止生产);wait();/生产者等待生产者等待 catch(InterruptedException e)e.printStackTrace();this.c=c;isProduc
34、ed=true;/标记已经生产标记已经生产notify();/通知消费者已经生产，可以消费通知消费者已经生产，可以消费System.out.println(生产了产品生产了产品+c+通知消费者消费通知消费者消费.);public synchronized char getShareChar()/如果产品还未生产，则消费者等待如果产品还未生产，则消费者等待if(!isProduced)try System.out.println(生产者还未生产，因此消费者停止消费生产者还未生产，因此消费者停止消费);wait();/消费者等待消费者等待 catch(InterruptedException e)
35、e.printStackTrace();isProduced=false;/标记已经消费标记已经消费notify();/通知需要生产通知需要生产System.out.println(消费者消费了产品消费者消费了产品+c+通知生产者生产通知生产者生产.);return this.c;线程间通信的实现线程间通信的实现3-2定义生产者线程类和消费者线程类定义生产者线程类和消费者线程类/生产者线程生产者线程class Producer extends Thread private SharedData s;Producer(SharedData s)this.s=s;public void run()
36、for(char ch=A;ch=D;ch+)tryThread.sleep(int)(Math.random()*3000);catch(InterruptedException e)e.printStackTrace();s.putShareChar(ch);/将产品放入仓库将产品放入仓库/消费者线程消费者线程class Consumer extends Thread private SharedData s;Consumer(SharedData s)this.s=s;public void run()char ch;do try Thread.sleep(int)(Math.rando
37、m()*3000);catch(InterruptedException e)e.printStackTrace();ch=s.getShareChar();/从仓库中取出产品从仓库中取出产品 while(ch!=D);线程间通信的实现线程间通信的实现3-3定义测试类定义测试类/测试类测试类class CommunicationDemopublic static void main(String args)/共享同一个共享资源共享同一个共享资源SharedData s=new SharedData();/消费者线程消费者线程new Consumer(s).start();/生产者线程生产者线程new Producer(s).start();总结总结进程和线程有什么联系和区别？进程和线程有什么联系和区别？创建线程的两种方式分别是什么？创建线程的两种方式分别是什么？如何实现线程同步？如何实现线程同步？Java中实现线程通信的三个方法的作用是什么？中实现线程通信的三个方法的作用是什么？