精彩Java 2程式設計 <吳逸賢、吳目誠 編著> B4 多執行緒 精彩Java 2程式設計 <吳逸賢、吳目誠 編著>

目錄 B4-1 建立多執行緒的程式 B4-2 執行緒的運作 B4-3 執行緒的排程與同步 B4-4 練習與實作

B4-1 建立多執行緒的程式 認識執行緒 Java的main執行緒 以Thread建立多執行緒 以Runnable介面建立多執行緒 顯示與設定執行緒資訊

認識執行緒 ： 所謂執行緒（thread）是指單一而連續的程式執行流程。 單一執行緒在同一時間只能執行一個指令，當執行緒執行完成某一區塊的程式碼後，才能循序（sequential）進入下一段程式碼。 多執行緒（multi-thread）是指同時執行多個程式執行流程，而每一個執行流程都能分別獨立運作。

單一執行緒的圖示如下：

多執行緒程式運作方式如下：

多執行緒與多工間的關係： 多執行緒是多工（multitasking）觀念的延伸，多工是我們較為熟悉的程式特性。 多執行緒與多工（multitasking）的不同點在於多工是同一時間執行多個程式，而多執行緒是指同一時間執行同一個程式中的不同程式區塊。

Java的main執行緒： 每一個程式開始執行時，至少有一個執行緒。 取得目前正在執行的執行緒是使用currentThread()方法，而取得執行緒的名稱是使用getName()方法，讓執行緒暫停一段時間的方法為sleep()。

下面就是顯示main執行緒名稱和控制執行緒暫停的程式：

程式編譯與執行結果如下：

程式碼說明： 按下 + 可以中斷程式執行。 這個執行緒會不斷執行while程式區塊，每次執行到Thread.sleep(1000)方法時，執行緒將暫停一秒鐘，然後繼續執行，使得每間隔一秒鐘（sleep中參數值為千分之一秒），在視窗上會顯示一個新的整數值。

以Thread建立多執行緒： 除了Java預設的執行緒外，我們可以繼承Thread類別來建立執行緒物件。 Java預設的執行緒會從main()方法開始執行，而Thread類別建立的執行緒物件則從run()方法開始執行。

以下就是繼承Thread類別的程式架構： class newthread extends Thread { //建構函數 public newthread(){ …… } //啟動執行緒方法 public void run(){

利用上述的newthread類別，就可以在main()方法中，建立新的執行緒物件，程式碼舉例如下： newthread t1=new newthread();

建立執行緒物件後，使用start()方法就可以讓執行緒物件開始運作，執行run()方法，其命令格式如下： t1.start();

以下就是以Thread建立多執行緒的程式碼：

程式編譯與執行結果如下：

以Runnable介面建立多執行緒： 想要建立多執行緒的類別已經繼承其他類別（例如：繼承Japplet、JFrame）時，便無法再繼承Thread類別，而必須透過Runable介面來實作多執行緒。

下面就是實作Runnable介面的程式架構： class classthread implements Runnable { //建構函數 public newthread(){ …… } //啟動執行緒方法 public void run(){

利用上述的classthread類別，就可以在main()方法中，建立新的執行緒物件，程式碼舉例如下： classthread r1=new classthread(); Thread t1=new Thread(r1); 　//建立執行緒物件

使用start()方法就可以讓執行緒物件開始運作，執行run()方法，其命令格式如下： t1.start();

以下就是以Runnable介面實作多執行緒的程式碼：

程式編譯與執行結果如下：

顯示與設定執行緒資訊： 為了讓您進一步了解Thread類別提供的方法，將相關方法與功能整理如下：

程式碼舉例如下：

程式編譯與執行結果如下：

B4-2 執行緒的運作 執行緒的存活與中斷 設定執行緒的優先權

執行緒的存活與中斷： 使用isAlive()方法，可以檢查執行緒物件是否還在執行，而使用interrupt()方法，可以中斷執行緒物件的執行。

下面就是檢查執行緒是否存活與中斷的程式碼：

程式編譯與執行結果如下：

設定執行緒的優先權： 每一個執行緒都會設定一個優先權值，優先權的權值範圍為1~10，1為最低優先權，而10是最高優先權。 優先權值高的執行緒將佔用較多的CPU資源，而優先權值低的執行緒必須等待其他較高權值的執行緒執行後，才會輪到使用CPU資源。 使用getPriority()方法可以取得執行緒的優先權值，而使用setPriority()方法可以設定執行緒的優先權值。

Thread類別中宣告有下面三個優先權常數：

以下就是用來實驗優先權狀態的程式碼：

程式編譯與執行結果如下：

B4-3 執行緒的排程與同步 執行緒的排程 執行緒方法的同步化 執行緒間的溝通

執行緒的排程： 若想在程式建立三個執行緒物件，希望第一個執行緒物件執行完成後，再執行第二個執行緒物件，最後才執行第三個執行緒物件，則可以使用join()方法來達成這個要求。

以下就是設定執行緒執行排程的程式碼：

程式編譯與執行結果如下：

執行緒方法的同步化： 使用同一個類別產生的多個執行緒物件，可以分別執行物件中的方法。 當類別中的方法設定為synchronized時，則同一時間只能有一個執行緒物件執行這個方法，其他想要執行這個方法的執行緒，必須等到此方法空閒時，才能開始執行。

以下就是使用synchronized的簡易程式舉例：

程式編譯與執行結果如下：

程式碼說明： 在方法中加入synchronized命令後，必須等待t1執行緒執行show_number方法完成後，接著才輪到t2執行緒執行show_number方法，最後輪到t3執行緒執行show_number方法。 同步功能主要是用來解決同時存取相同資源的問題，最簡單的例子是多個執行緒同時存取一個共同變數（將類別變數設定為靜態變數）。

沒有應用同步功能時，可能產生的錯誤的程式舉例如下：

程式編譯與執行結果如下：

程式碼說明： 存入1000元15次，結果存款總額卻只有5000元。 只要在save_money()方法前面加上synchronized命令，就可以修正錯誤，使其顯示正確的結果。

在save_money()方法前面加上synchronized命令後的執行結果如下：

修正後的程式碼說明： 將save_money()方法設定同步後，必須等前一個執行緒呼叫save_money()方法執行完成後，其他執行緒才能繼續呼叫save_money()方法。

執行緒間的溝通： 利用wait()方法和notify()方法，可以建立執行緒之間的溝通機制。 wait()方法可以讓執行緒進入等待狀態，而notify()方法可以喚醒第一個進入等待狀態的執行緒。另外，若要喚醒所有等待狀態的執行緒，可以使用notify()方法。 想要設計具有溝通機制的執行緒時，通常會將執行緒分為讀取和寫入兩個部分。

號碼球處理程式的程式結構如下：

號碼球處理程式說明： 號碼球輸入機執行緒會不斷產生一個數字，將數字放入號碼球處理機中，號碼球處理機只能裝7個號碼球，裝滿後就不能再裝，必須等待輸出後，才能再輸入號碼球。 號碼球輸出機則不斷從號碼球處理機中取出號碼球，當號碼球處理機中的號碼球被取空後，必須等待新輸入的號碼球。

程式碼如下：

程式編譯與執行結果如下：

B4-4 練習與實作 倍數的執行緒之一（執行緒的設定） 倍數的執行緒之二（執行緒的排程） 計算電話卡的總額 點歌機的輸入與輸出

倍數的執行緒之一（執行緒的設定）： 請利用Thread類別所提供的方式和物件，如下圖列出7和9的倍數，並顯示執行緒的名稱和執行緒數。（設定每次顯示間隔一秒鐘）

問題解析與程式設計： 首先建立兩個新的執行緒7和9的倍數，在啟動執行緒後，指定執行緒的名稱，並顯示執行緒的名稱和執行緒數。 利用Thread建立執行緒multiple類別，在類別內建立multiple的建構函數和變數。 在類別內建立啟動執行緒的方法run()，將倍數相乘並顯示結果，分別建立try和catch例外處理機制，try區內設定執行緒停止一秒鐘，catch區內設定中斷的例外類別。

指定執行緒的名稱，並顯示執行緒的名稱和執行緒數的程式碼如下：

建立執行緒multiple類別，在類別內建立multiple的建構函數和變數的程式碼如下： //以Thread建立執行緒multiple類別 class multiple extends Thread { private String name; private int lp,sun; //建構函數multiple public multiple(String str1,int l){ name=str1; lp=l; }

在類別內建立啟動執行緒的方法run()的程式碼如下： public void run(){ for(int i=1;i<100;i++){ sun=lp*i; System.out.println(i+" * "+name+"為 "+sun); System.out.flush(); try{ //執行緒停止一秒鐘 sleep(1000); } catch(InterruptedException e){return;}

完整程式碼：

完成圖：

倍數的執行緒之二（執行緒的排程）： 分別依序顯示5的1到5的倍數、7的1到5的倍數和9的1到5的倍數。（利用join()方法，並設定每次顯示間隔一秒鐘）

問題解析與程式設計： 建立三個新的執行緒5、7、9的倍數。 開始啟動建立的執行緒t1、t2、t3，利用join()方法設定執行緒執行排程。 利用Thread建立執行緒的類別，在類別內建立建構函數、變數和啟動執行緒的方法run()，將倍數相乘的for迴圈設定至5，並顯示相乘結果。

建立三個新的執行緒5、7、9的倍數，程式碼如下： //建立三個執行緒 multiple t1=new multiple("5的倍數",5); multiple t2=new multiple("7的倍數",7); multiple t3=new multiple("9的倍數",9);

利用join()方法設定執行緒執行排程，程式碼如下：

完整程式碼：

完成圖：

計算電話卡的總額： 一張100元的電話卡，分別在A、B、C、D這四個電話亭各通話使用三次，每次通話以6元為計費單位，請顯示這張電話卡在電話亭每次通話的餘額（設定同步計算電話卡的總額）。

問題解析與程式設計： 建立四個執行緒的b1、b2、b3、b4物件後，開始啟動建立的執行緒。 利用Thread建立執行緒order類別，在類別內建立變數、建構函數、啟動執行緒方法run()和phone_money函數。

在類別內建立變數、建構函數、啟動執行緒方法run()和phone_money函數的說明如下： 宣告變數sum初值為100，是電話卡總額，程式碼如下： private static int sum=100; 啟動執行緒方法run()的程式碼如下： public void run(){ for(int i=1;i<=3;i++) phone_money(name,2); }

建立phone_money方法，並在方法中加上synchronized表示設定同步執行，程式碼如下：

完整程式碼：

完成圖：

點歌機的輸入與輸出： 利用wait()和notify()的方法，撰寫一個號碼點歌機的程式碼，點歌最多能輸入10首記憶儲存，點歌若超過30首後，會自動跳出（點歌歌曲設定由100000至999999的號碼）。

問題解析與程式設計： 利用Thread建立輸入、輸出的點歌號碼input_num、output_num類別的執行緒。 建立點歌號碼處理機musicbox類別，在類別內建立變數、陣列、建構函數，並建立同步的input_num和output_num函數，當輸入input_num點歌號碼的陣列超過9時，使用wait()方法等待喚醒，小於8時則使用notify()方法等待喚醒。 當輸入30首點歌號碼後，則結束執行的條件。

建立輸入、輸出的點歌號碼input_num、output_num類別的執行緒，程式碼如下：

在類別內建立變數、陣列、建構函數，並建立同步的input_num和output_num函數，程式碼如下：

結束執行的條件，程式碼如下： if (t1.count >= 30){ run_num = false; break; }

完整程式碼：

完成圖：