2018/12/7 Java语言程序设计-多线程 教师：段鹏飞.

Presentation on theme: "2018/12/7 Java语言程序设计-多线程 教师：段鹏飞."— Presentation transcript:

1 2018/12/7 Java语言程序设计-多线程 教师：段鹏飞

2 1、进程和线程的区别 2、Thread和Runnable的区别 3、能够使用Thread或Runable创建线程 4、如何进行线程同步
2018/12/7 知识点 1、进程和线程的区别 2、Thread和Runnable的区别 3、能够使用Thread或Runable创建线程 4、如何进行线程同步

3 1958年，麦卡锡提出问题：A输入一个命令，需要10秒，电脑只需要1秒，电脑大部分时间在等待...
多用户多进程

4 多核时代的多进程

5 界面卡死

6 1、进程与线程的概念 2、Java中多线程的编程 3、线程的同步与死锁 主要内容 继承Thread类与使用Runnable接口

7 计算机的核心是CPU，它承担了所有的计算任务。它就像一座工厂，时刻在运行。
进程与线程的区别 计算机的核心是CPU，它承担了所有的计算任务。它就像一座工厂，时刻在运行。

8 假定工厂的电力有限，一次只能供给一个车间使用。也就是说，一个车间开工的时候，其他车间都必须停工。背后的含义就是，单个CPU一次只能运行一个任务。

9 进程 进程就好比工厂的车间，它代表CPU所能处理的单个任务。任一时刻，CPU总是运行一个进程，其他进程处于非运行状态。

10 调度策略 Java的调度方法 进程的调度 时间片 抢占式：高优先级的进程抢占CPU 同优先级线程组成先进先出队列，使用时间片策略
对高优先级，使用优先调度的抢占式策略 1 2

11 一个车间里，可以有很多工人。他们协同完成一个任务。

12 线程就好比车间里的工人，一个进程可以包括多个线程。

13 线程共享 车间的空间是工人们共享的，比如许多房间是每个工人都可以进出的。这象征一个进程的内存空间是共享的，每个线程都可以使用这些共享内存。

14 多线程

15 可是，每间房间的大小不同，有些房间最多只能容纳一个人，比如厕所。里面有人的时候，其他人就不能进去了。这代表一个线程使用某些共享内存时，其他线程必须等它结束，才能使用这一块内存。

16 一个防止他人进入的简单方法，就是门口加一把锁。先到的人锁上门，后到的人看到上锁，就在门口排队，等锁打开再进去。这就叫"互斥锁"（Mutual exclusion，缩写 Mutex），防止多个线程同时读写某一块内存区域。

17 还有些房间，可以同时容纳n个人，比如厨房。也就是说，如果人数大于n，多出来的人只能在外面等着。这好比某些内存区域，只能供给固定数目的线程使用。

18 这时的解决方法，就是在门口挂n把钥匙。进去的人就取一把钥匙，出来时再把钥匙挂回原处。后到的人发现钥匙架空了，就知道必须在门口排队等着了。这种做法叫做"信号量"（Semaphore），用来保证多个线程不会互相冲突。 不难看出，mutex是semaphore的一种特殊情况（n=1时）。也就是说，完全可以用后者替代前者。但是，因为mutex较为简单，且效率高，所以在必须保证资源独占的情况下，还是采用这种设计。

19 程序 进程 进程的特点 进程和线程 程序是一段静态的代码，它是应用程序执行的蓝本 进程是指一种正在运行的程序，有自己的地址空间 动态性
并发性 独立性

20 进程和线程 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

21 进程与多线程

22 进程与线程 什么时候用进程，什么时候用线程？ ——多线程是十字路口 多进程是立交桥。

23 多线程的优势 多线程使系统空转时间减少，提高CPU利用率 进程间不能共享内存，但线程之间共享内存非常容易 使用多线程实现多任务并发比多进程的效率高

24 线程要经历创建、就绪、运行、阻塞和死亡等5个状态 ，称为生命周期。
线程的生命周期 线程要经历创建、就绪、运行、阻塞和死亡等5个状态 ，称为生命周期。

25 2 线程的使用方法 1、创建Thread子类构造线程 2、实现Runnable接口构造线程

26 两种方法来创建线程 线程的创建和启动 继承Java.lang.Thread类，并覆盖run() 方法
实现Java.lang.Runnable接口，并实现run() 方法 class MyThread extends Thread { public void run( ) { /* 覆盖该方法*/ } class MyThread implements Runnable{ public void run( ) { /* 实现该方法*/ }

27 启动线程 线程的创建和启动 新建的线程不会自动开始运行，必须通过start( )方法启动 启动继承Thread的线程
启动实现Runnable接口的线程 MyThread t = new MyThread (); t.start(); MyThread mt = new MyThread (); Thread t = new Thread(mt); t.start();

28 继承Java.lang.Thread类 线程的创建和启动 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"); } class MyThread1 extends Thread { public void run() { System.out.println("乌龟领先了，加油"); Java程序启动时，会立刻创建主线程，main就是在这个线程上运行。当不再产生新线程时，程序是单线程的 演示示例：创建和启动多线程

29 实现Java.lang.Runnable接口
线程的创建和启动 实现Java.lang.Runnable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"); } class MyThread2 implements Runnable { public void run() { System.out.println("乌龟超过了，再接再厉"); 演示示例：创建和启动多线程

30 两种线程创建方式的比较 线程的创建和启动 继承Thread类方式的多线程 实现Runnable接口方式的多线程 优势：编写简单
劣势：无法继承其它父类 实现Runnable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Thread对象 劣势：编程方式稍微复杂，如果需要访问当前线程，需要调用Thread.currentThread()方法

31 线程的创建与启动 创建Thread子类构造线程 （1）创建一个Thread类的子类；
（2）在子类中重新定义自己的run()方法，这个中包含了线程要实现的操作； （3）用关键字new 创建一个线程对象； （4）调用start()方法启动线程。

32 3、构造线程：Thread(Runnable对象名); 4、启动线程：线程对象.start( );

33 Thread类的常用方法 线程的创建和启动 方 法 功 能 static Thread currentThread()
得到当前线程 final String getName( ) 返回线程的名称 final void setName(String name) 将线程的名称设置为由name指定的名称 void start( ) 调用run( )方法启动线程，开始线程的执行 void run( ) 存放线程体代码

34 新生 可运行 阻塞 死亡 线程的状态 使用new关键字创建一个线程后，尚未调用其start方法之前 调用线程对象的start方法之后
这个状态当中，线程对象可能正在运行，也可能等待运行 阻塞 一种“不可运行”的状态，在得到一个特定的事件之后会返回到可运行状态 死亡 线程的run方法运行完毕或者在运行中出现未捕获的异常时

35 线程同步的必要性

36 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100元，取款前先检查余额是否足够。如果不够，放弃取款
线程同步的必要性 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100元，取款前先检查余额是否足够。如果不够，放弃取款 创建银行账户类Account 创建取款线程TestAccount 创建测试类TestWithdrawal，让两个用户同时取款

37 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
线程同步的必要性 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 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 同步代码块 同步方法

38 在Java中，每个对象有一个“互斥锁”，该锁可用来保证在同一时刻只能有一个线程访问该对象。 锁的使用过程（当一个线程要操作一个对象时）
线程的同步与互斥 对象互斥锁 在Java中，每个对象有一个“互斥锁”，该锁可用来保证在同一时刻只能有一个线程访问该对象。 锁的使用过程（当一个线程要操作一个对象时） 准备 加锁 对象是否 已加锁 进入 临界区 执行操作 解锁 否 是

39 线程同步的实现 可以是任何存在的对象 synchronized(obj){ //此处代码为同步代码块 } 同步的代码内容

40 线程同步的实现

41 线程同步的实现 访问修饰符 synchronized 返回类型 方法名{ }

42 死锁 线程同步的好处 线程同步的缺点 死锁 解决了线程安全问题 性能下降 会带来死锁 当两个线程相互等待对方释放“锁”时就会发生死锁
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 多线程编程时应该注意避免死锁的发生

43 练习——线程同步 需求说明： 使用线程同步实现两个用户同时安全操作一个银行账户

44 生产者和消费者问题 线程间通信 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
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费，否则停止消费并等待，直到仓库中再次放入产品为止

45 线程的同步与互斥 线程间需协调与通讯：生产者/消费者问题 进队 出队 生产者 消费者

46 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
线程间通信的必要性 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 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 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 在生产者消费者问题中，仅有synchronized是不够的 synchronized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）

47 Java提供了3个方法解决线程之间的通信问题
线程间通信的必要性 Java提供了3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 void wait(long timeout) 线程等待指定毫秒参数的时间 final void wait(long timeout,int nanos) 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 final void notifyAll() 唤醒同一个对象上所有调用wait()方法的线程，优先级别高的线程优先运行 均是java.lang.Object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

48 定义产品类 线程间通信的实现 class SharedData{ private char c;
private boolean isProduced = false; // 信号量 public synchronized void putShareChar(char c) { // 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"); wait(); // 生产者等待 } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace(); } } this.c = c; isProduced = true; // 标记已经生产 notify(); // 通知消费者已经生产，可以消费 System.out.println("生产了产品" + c + " 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 if (!isProduced){ try{ System.out.println("生产者还未生产，因此消费者停止消费"); wait(); // 消费者等待 } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} isProduced = false; // 标记已经消费 notify(); // 通知需要生产 System.out.println("消费者消费了产品" + c + " 通知生产者生产..."); return this.c; 线程间通信的实现 定义产品类

49 定义生产者线程类和消费者线程类 线程间通信的实现 //生产者线程 class Producer extends Thread {
private SharedData s; Producer(SharedData s){ this.s = s; } public void run(){ for (char ch = 'A'; ch <= 'D'; ch++){ try{ Thread.sleep((int) (Math.random() * 3000)); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); s.putShareChar(ch); // 将产品放入仓库 //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.random()*3000)); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); ch = s.getShareChar(); // 从仓库中取出产品 } while (ch != 'D');

50 线程间通信的实现3-3 定义测试类 //测试类 class CommunicationDemo{
public static void main(String[] args){ //共享同一个共享资源 SharedData s = new SharedData(); //消费者线程 new Consumer(s).start(); //生产者线程 new Producer(s).start(); } 演示示例：使用多线程实现生产者消费者问题

51 Java中实现线程通信的三个方法的作用是什么？
总结 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？ 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？

52 2018/12/7 谢谢