Java 多線(xiàn)程入門(mén)大全
2007-03-15 14:18:41 / 個(gè)人分類(lèi)：java
作者：qlampskyface
和作者聯(lián)系：djb_skyface@tom.com
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接觸多線(xiàn)程已經(jīng)不少時(shí)間了,也做了不少事情,但是一直覺(jué)得用起來(lái)不那么順手,在debug的時(shí)候,往往會(huì)比較擔(dān)心在同步上出什么問(wèn)題,想起"程序員最怕的是自己寫(xiě)的代碼"這句話(huà),覺(jué)得真是不假.
終于有一天,我覺(jué)得是時(shí)候把這個(gè)問(wèn)題弄清楚了,所以,我就在網(wǎng)上找相關(guān)的內(nèi)容看,結(jié)果竟然是找不到在我這個(gè)階段應(yīng)該看的,不是太簡(jiǎn)單,就是一筆帶過(guò),不知所云.
廢了九牛二虎之力,終于差不多弄清楚了,其中有不少誤區(qū),以前認(rèn)為的和真理相差甚大.想起自己花費(fèi)的時(shí)間,真是覺(jué)得有點(diǎn)多,所以把它寫(xiě)出來(lái),一是防止自己以后又會(huì)忘掉,二是給像我一樣的似懂非懂者留下一點(diǎn)可以參考的東東.
閑話(huà)少說(shuō),轉(zhuǎn)入正題!
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先從線(xiàn)程的創(chuàng)建說(shuō)起.線(xiàn)程的創(chuàng)建一共有兩種形式:
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一種是繼承自Thread類(lèi).Thread 類(lèi)是一個(gè)具體的類(lèi)，即不是抽象類(lèi)，該類(lèi)封裝了線(xiàn)程的行為。要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)線(xiàn)程，程序員必須創(chuàng)建一個(gè)從 Thread 類(lèi)導(dǎo)出的新類(lèi)。程序員通過(guò)覆蓋 Thread 的 run() 函數(shù)來(lái)完成有用的工作。用戶(hù)并不直接調(diào)用此函數(shù)；而是通過(guò)調(diào)用 Thread 的 start() 函數(shù)，該函數(shù)再調(diào)用 run()。
例如:
public class Test extends Thread{
public Test(){
}
public static void main(String args[]){
Test t1 = new Test();
Test t2 = new Test();
t1.start();
t2.start();
}
public void run(){
//do thread's things
}
}
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另一種是實(shí)現(xiàn)Runnable接口,此接口只有一個(gè)函數(shù)，run()，此函數(shù)必須由實(shí)現(xiàn)了此接口的類(lèi)實(shí)現(xiàn)。
例如:
public class Test implements Runnable{
Thread thread1;
Thread thread2;
public Test(){
thread1 = new Thread(this,"1");
thread2 = new Thread(this,"2");
}
public static void main(String args[]){
Test t = new Test();
t.startThreads();
}
public void run(){
//do thread's things
}
public void startThreads(){
thread1.start();
thread2.start();
}
}
兩種創(chuàng)建方式看起來(lái)差別不大,但是弄不清楚的話(huà)，也許會(huì)將你的程序弄得一團(tuán)糟。兩者區(qū)別有以下幾點(diǎn)：
1.當(dāng)你想繼承某一其它類(lèi)時(shí),你只能用后一種方式.
2.第一種因?yàn)槔^承自Thread,只創(chuàng)建了自身對(duì)象,但是在數(shù)量上，需要幾個(gè)線(xiàn)程，就得創(chuàng)建幾個(gè)自身對(duì)象；第二種只創(chuàng)建一個(gè)自身對(duì)象，卻創(chuàng)建幾個(gè)Thread對(duì)象.而兩種方法重大的區(qū)別就在于此，請(qǐng)你考慮：如果你在第一種里創(chuàng)建數(shù)個(gè)自身對(duì)象并且start()后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)好像synchronized不起作用了，已經(jīng)加鎖的代碼塊或者方法居然同時(shí)可以有幾個(gè)線(xiàn)程進(jìn)去，而且同樣一個(gè)變量，居然可以有好幾個(gè)線(xiàn)程同時(shí)可以去更改它。（例如下面的代碼）這是因?yàn)椋谶@個(gè)程序中，雖然你起了數(shù)個(gè)線(xiàn)程，可是你也創(chuàng)建了數(shù)個(gè)對(duì)象，而且，每個(gè)線(xiàn)程對(duì)應(yīng)了每個(gè)對(duì)象也就是說(shuō)，每個(gè)線(xiàn)程更改和占有的對(duì)象都不一樣，所以就出現(xiàn)了同時(shí)有幾個(gè)線(xiàn)程進(jìn)入一個(gè)方法的現(xiàn)象，其實(shí)，那也不是一個(gè)方法，而是不同對(duì)象的相同的方法。所以，這時(shí)候你要加鎖的話(huà)，只能將方法或者變量聲明為靜態(tài)，將static加上后，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，線(xiàn)程又能管住方法了，同時(shí)不可能有兩個(gè)線(xiàn)程進(jìn)入同樣一個(gè)方法，那是因?yàn)椋F(xiàn)在不是每個(gè)對(duì)象都擁有一個(gè)方法了，而是所有的對(duì)象共同擁有一個(gè)方法，這個(gè)方法就是靜態(tài)方法。
而你如果用第二種方法使用線(xiàn)程的話(huà)，就不會(huì)有上述的情況，因?yàn)榇藭r(shí)，你只創(chuàng)建了一個(gè)自身對(duì)象，所以，自身對(duì)象的屬性和方法對(duì)于線(xiàn)程來(lái)說(shuō)是共有的。
因此，我建議，最好用后一種方法來(lái)使用線(xiàn)程。
public class mainThread extends Thread{
int i=0;
public static void main(String args[]){
mainThread m1 = new mainThread();
mainThread m2 = new mainThread();
mainThread m3 = new mainThread();
mainThread m4 = new mainThread();
mainThread m5 = new mainThread();
mainThread m6 = new mainThread();
m1.start();
m2.start();
m3.start();
m4.start();
m5.start();
m6.start();
}
public synchronized void t1(){
i=++i;
try{
Thread.sleep(500);
}
catch(Exception e){}
//每個(gè)線(xiàn)程都進(jìn)入各自的t1()方法，分別打印各自的i
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
}
public void run(){
synchronized(this){
while (true) {
t1();
}
}
}
}
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下面我們來(lái)講synchronized的4種用法吧:
1.方法聲明時(shí)使用,放在范圍操作符(public等)之后,返回類(lèi)型聲明(void等)之前.即一次只能有一個(gè)線(xiàn)程進(jìn)入該方法,其他線(xiàn)程要想在此時(shí)調(diào)用該方法,只能排隊(duì)等候,當(dāng)前線(xiàn)程(就是在synchronized方法內(nèi)部的線(xiàn)程)執(zhí)行完該方法后,別的線(xiàn)程才能進(jìn)入.
例如:
public synchronized void synMethod() {
//方法體
}
2.對(duì)某一代碼塊使用,synchronized后跟括號(hào),括號(hào)里是變量,這樣,一次只有一個(gè)線(xiàn)程進(jìn)入該代碼塊.例如:
public int synMethod(int a1){
synchronized(a1) {
//一次只能有一個(gè)線(xiàn)程進(jìn)入
}
}
3.synchronized后面括號(hào)里是一對(duì)象,此時(shí),線(xiàn)程獲得的是對(duì)象鎖.例如:
public class MyThread implements Runnable {
public static void main(String args[]) {
MyThread mt = new MyThread();
Thread t1 = new Thread(mt, "t1");
Thread t2 = new Thread(mt, "t2");
Thread t3 = new Thread(mt, "t3");
Thread t4 = new Thread(mt, "t4");
Thread t5 = new Thread(mt, "t5");
Thread t6 = new Thread(mt, "t6");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
t5.start();
t6.start();
}
public void run() {
synchronized (this) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
}
對(duì)于3,如果線(xiàn)程進(jìn)入,則得到對(duì)象鎖,那么別的線(xiàn)程在該類(lèi)所有對(duì)象上的任何操作都不能進(jìn)行.在對(duì)象級(jí)使用鎖通常是一種比較粗糙的方法。為什么要將整個(gè)對(duì)象都上鎖，而不允許其他線(xiàn)程短暫地使用對(duì)象中其他同步方法來(lái)訪(fǎng)問(wèn)共享資源？如果一個(gè)對(duì)象擁有多個(gè)資源，就不需要只為了讓一個(gè)線(xiàn)程使用其中一部分資源，就將所有線(xiàn)程都鎖在外面。由于每個(gè)對(duì)象都有鎖，可以如下所示使用虛擬對(duì)象來(lái)上鎖：
class FineGrainLock {
MyMemberClass x, y;
Object xlock = new Object(), ylock = new Object();
public void foo() {
synchronized(xlock) {
//access x here
}
//do something here - but don't use shared resources
synchronized(ylock) {
//access y here
}
}
public void bar() {
synchronized(this) {
//access both x and y here
}
//do something here - but don't use shared resources
}
}
4.synchronized后面括號(hào)里是類(lèi).例如:
class ArrayWithLockOrder{
private static long num_locks = 0;
private long lock_order;
private int[] arr;
public ArrayWithLockOrder(int[] a)
{
arr = a;
synchronized(ArrayWithLockOrder.class) {//-----------------------------------------這里
num_locks++; // 鎖數(shù)加 1。
lock_order = num_locks; // 為此對(duì)象實(shí)例設(shè)置唯一的 lock_order。
}
}
public long lockOrder()
{
return lock_order;
}
public int[] array()
{
return arr;
}
}
class SomeClass implements Runnable
{
public int sumArrays(ArrayWithLockOrder a1,
ArrayWithLockOrder a2)
{
int value = 0;
ArrayWithLockOrder first = a1; // 保留數(shù)組引用的一個(gè)
ArrayWithLockOrder last = a2; // 本地副本。
int size = a1.array().length;
if (size == a2.array().length)
{
if (a1.lockOrder() > a2.lockOrder()) // 確定并設(shè)置對(duì)象的鎖定
{ // 順序。
first = a2;
last = a1;
}
synchronized(first) { // 按正確的順序鎖定對(duì)象。
synchronized(last) {
int[] arr1 = a1.array();
int[] arr2 = a2.array();
for (int i=0; i<size; i++)
value += arr1[i] + arr2[i];
}
}
}
return value;
}
public void run() {
//...
}
}
對(duì)于4,如果線(xiàn)程進(jìn)入,則線(xiàn)程在該類(lèi)中所有操作不能進(jìn)行,包括靜態(tài)變量和靜態(tài)方法,實(shí)際上,對(duì)于含有靜態(tài)方法和靜態(tài)變量的代碼塊的同步,我們通常用4來(lái)加鎖.
以上4種之間的關(guān)系：
鎖是和對(duì)象相關(guān)聯(lián)的，每個(gè)對(duì)象有一把鎖，為了執(zhí)行synchronized語(yǔ)句，線(xiàn)程必須能夠獲得synchronized語(yǔ)句中表達(dá)式指定的對(duì)象的鎖，一個(gè)對(duì)象只有一把鎖，被一個(gè)線(xiàn)程獲得之后它就不再擁有這把鎖，線(xiàn)程在執(zhí)行完synchronized語(yǔ)句后，將獲得鎖交還給對(duì)象。
在方法前面加上synchronized修飾符即可以將一個(gè)方法聲明為同步化方法。同步化方法在執(zhí)行之前獲得一個(gè)鎖。如果這是一個(gè)類(lèi)方法，那么獲得的鎖是和聲明方法的類(lèi)相關(guān)的Class類(lèi)對(duì)象的鎖。如果這是一個(gè)實(shí)例方法，那么此鎖是this對(duì)象的鎖。
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下面談一談一些常用的方法:
wait(),wait(long),notify(),notifyAll()等方法是當(dāng)前類(lèi)的實(shí)例方法,
wait()是使持有對(duì)象鎖的線(xiàn)程釋放鎖;
wait(long)是使持有對(duì)象鎖的線(xiàn)程釋放鎖時(shí)間為long(毫秒)后,再次獲得鎖,wait()和wait(0)等價(jià);
notify()是喚醒一個(gè)正在等待該對(duì)象鎖的線(xiàn)程,如果等待的線(xiàn)程不止一個(gè),那么被喚醒的線(xiàn)程由jvm確定;
notifyAll是喚醒所有正在等待該對(duì)象鎖的線(xiàn)程.
在這里我也重申一下,我們應(yīng)該優(yōu)先使用notifyAll()方法,因?yàn)閱拘阉芯€(xiàn)程比喚醒一個(gè)線(xiàn)程更容易讓jvm找到最適合被喚醒的線(xiàn)程.
對(duì)于上述方法,只有在當(dāng)前線(xiàn)程中才能使用,否則報(bào)運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤java.lang.IllegalMonitorStateException: current thread not owner.
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下面,我談一下synchronized和wait()、notify()等的關(guān)系:
1.有synchronized的地方不一定有wait,notify
2.有wait,notify的地方必有synchronized.這是因?yàn)閣ait和notify不是屬于線(xiàn)程類(lèi)，而是每一個(gè)對(duì)象都具有的方法，而且，這兩個(gè)方法都和對(duì)象鎖有關(guān)，有鎖的地方，必有synchronized。
另外，請(qǐng)注意一點(diǎn)：如果要把notify和wait方法放在一起用的話(huà)，必須先調(diào)用notify后調(diào)用wait，因?yàn)槿绻{(diào)用完wait，該線(xiàn)程就已經(jīng)不是current thread了。如下例：
/**
* Title: Jdeveloper's Java Projdect
* Description: n/a
* Copyright: Copyright (c) 2001
* Company: soho http://www.ChinaJavaWorld.com
* @author jdeveloper@21cn.com
* @version 1.0
*/
import java.lang.Runnable;
import java.lang.Thread;
public class DemoThread
implements Runnable {
public DemoThread() {
TestThread testthread1 = new TestThread(this, "1");
TestThread testthread2 = new TestThread(this, "2");
testthread2.start();
testthread1.start();
}
public static void main(String[] args) {
DemoThread demoThread1 = new DemoThread();
}
public void run() {
TestThread t = (TestThread) Thread.currentThread();
try {
if (!t.getName().equalsIgnoreCase("1")) {
synchronized (this) {
wait();
}
}
while (true) {
System.out.println("@time in thread" + t.getName() + "=" +
t.increaseTime());
if (t.getTime() % 10 == 0) {
synchronized (this) {
System.out.println("****************************************");
notify();
if (t.getTime() == 100)
break;
wait();
}
}
}
}
catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class TestThread
extends Thread {
private int time = 0;
public TestThread(Runnable r, String name) {
super(r, name);
}
public int getTime() {
return time;
}
public int increaseTime() {
return++time;
}
}
下面我們用生產(chǎn)者/消費(fèi)者這個(gè)例子來(lái)說(shuō)明他們之間的關(guān)系:
public class test {
public static void main(String args[]) {
Semaphore s = new Semaphore(1);
Thread t1 = new Thread(s, "producer1");
Thread t2 = new Thread(s, "producer2");
Thread t3 = new Thread(s, "producer3");
Thread t4 = new Thread(s, "consumer1");
Thread t5 = new Thread(s, "consumer2");
Thread t6 = new Thread(s, "consumer3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
t5.start();
t6.start();
}
}
class Semaphore
implements Runnable {
private int count;
public Semaphore(int n) {
this.count = n;
}
public synchronized void acquire() {
while (count == 0) {
try {
wait();
}
catch (InterruptedException e) {
//keep trying
}
}
count--;
}
public synchronized void release() {
while (count == 10) {
try {
wait();
}
catch (InterruptedException e) {
//keep trying
}
}
count++;
notifyAll(); //alert a thread that's blocking on this semaphore
}
public void run() {
while (true) {
if (Thread.currentThread().getName().substring(0,8).equalsIgnoreCase("consumer")) {
acquire();
}
else if (Thread.currentThread().getName().substring(0,8).equalsIgnoreCase("producer")) {
release();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + count);
}
}
}
生產(chǎn)者生產(chǎn),消費(fèi)者消費(fèi),一般沒(méi)有沖突,但當(dāng)庫(kù)存為0時(shí),消費(fèi)者要消費(fèi)是不行的,但當(dāng)庫(kù)存為上限(這里是10)時(shí),生產(chǎn)者也不能生產(chǎn).請(qǐng)好好研讀上面的程序,你一定會(huì)比以前進(jìn)步很多.
上面的代碼說(shuō)明了synchronized和wait,notify沒(méi)有絕對(duì)的關(guān)系,在synchronized聲明的方法、代碼塊中,你完全可以不用wait,notify等方法,但是,如果當(dāng)線(xiàn)程對(duì)某一資源存在某種爭(zhēng)用的情況下,你必須適時(shí)得將線(xiàn)程放入等待或者喚醒.
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文章終于寫(xiě)完了,基本上將我學(xué)習(xí)所得全部寫(xiě)出來(lái)了,不過(guò)也留下些許遺憾,比如synchronized后是類(lèi)時(shí)的深入的說(shuō)明及討論.而且,文章由于自己能力有限,有些地方肯定會(huì)有錯(cuò)誤,希望看過(guò)有何建議和批評(píng),請(qǐng)發(fā)帖在下面,我會(huì)修正該文.謝謝!
posted on 2007-12-23 03:25
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