java多線程完全版解析

盡管線程對(duì)象的常用方法可以通過API文檔來了解,但是有很多方法僅僅從API說明是無法詳細(xì)了解的。我們先來說一下線程對(duì)象的幾個(gè)重要的方法：

首先我們來說明start()方法。

一個(gè)線程對(duì)象生成后,如果要產(chǎn)生一個(gè)執(zhí)行的線程,就一定要調(diào)用它的start()方法.在介紹這個(gè)方法時(shí)不得不同時(shí)說明run方法.其實(shí)線程對(duì) 象的run方法完全是一個(gè)接口回調(diào)方法,它是你這個(gè)線程對(duì)象要完成的具體邏輯.簡(jiǎn)單說你要做什么就你在run中完成,而如何做,什么時(shí)候做就不需要你控制 了,你只要調(diào)用start()方法,JVM就會(huì)管理這個(gè)線程對(duì)象讓它產(chǎn)生一個(gè)線程并注冊(cè)到線程處理系統(tǒng)中。

從表面上看,start()方法調(diào)用了run()方法,事實(shí)上,start()方法并沒有直接調(diào)用run方法.在JDK1.5以前 start()方法是本地方法,它如何最終調(diào)用run方法已經(jīng)不是JAVA程序員所能了解的.而在JDK1.5中,原來的那個(gè)本地start()方法被 start0()代替,另個(gè)一個(gè)純JAVA的start()中調(diào)用本地方法start0(),而在start()方法中做了一個(gè)驗(yàn)證,就是對(duì)一個(gè)全局變量 (對(duì)象變量)started做檢驗(yàn),如果為true,則start()拋出異常,不會(huì)調(diào)用本地方法start0(),否則,先將該變量設(shè)有true,然后 調(diào)用start0()。

從中我們可以看到這個(gè)為了控制一個(gè)線程對(duì)象只能運(yùn)行成功一次start()方法.這是因?yàn)榫€程的運(yùn)行要獲取當(dāng)前環(huán)境,包括安全,父線程的權(quán)限, 優(yōu)先級(jí)等條件,如果一個(gè)線程對(duì)象可以運(yùn)行多次,那么定義一個(gè)static 的線程在一個(gè)環(huán)境中獲取相應(yīng)權(quán)限和優(yōu)先級(jí),運(yùn)行完成后它在另一個(gè)環(huán)境中利用原來的權(quán)限和優(yōu)先級(jí)等屬性在當(dāng)前環(huán)境中運(yùn)行,這樣就造成無法預(yù)知的結(jié)果.簡(jiǎn)單說 來,讓一個(gè)線程對(duì)象只能成功運(yùn)行一次,是基于對(duì)線程管理的需要。

start()方法最本質(zhì)的功能是從CPU中申請(qǐng)另一個(gè)線程空間來執(zhí)行 run()方法中的代碼,它和當(dāng)前的線程是兩條線,在相對(duì)獨(dú)立的線程空間運(yùn)行,也就是說,如果你直接調(diào)用線程對(duì)象的run()方法,當(dāng)然也會(huì)執(zhí)行,但那是 在當(dāng)前線程中執(zhí)行,run()方法執(zhí)行完成后繼續(xù)執(zhí)行下面的代碼.而調(diào)用start()方法后,run()方法的代碼會(huì)和當(dāng)前線程并發(fā)(單CPU)或并行 (多CPU)執(zhí)行。

所以請(qǐng)記住一句話[調(diào)用線程對(duì)象的run方法不會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的線程],雖然可以達(dá)到相同的執(zhí)行結(jié)果,但執(zhí)行過程和執(zhí)行效率不同。

[線程的interrupt()方法,interrupted()和isInterrupted()]

這三個(gè)方法是關(guān)系非常密切而且又比較復(fù)雜的,雖然它們各自的功能很清楚,但它們之間的關(guān)系有大多數(shù)人不是真正的了解。

先說interrupt()方法,它是實(shí)例方法,而它也是最奇怪的方法,在java語(yǔ)言中,線程最初被設(shè)計(jì)為"隱晦難懂"的東西,直到現(xiàn)在它的 語(yǔ)義不沒有象它的名字那樣準(zhǔn)確。大多數(shù)人以為,一個(gè)線程象調(diào)用了interrupt()方法,那它對(duì)應(yīng)的線程就應(yīng)該被中斷而拋出異常,事實(shí)中,當(dāng)一個(gè)線程 對(duì)象調(diào)用interrupt()方法,它對(duì)應(yīng)的線程并沒有被中斷,只是改變了它的中斷狀態(tài)。

使當(dāng)前線程的狀態(tài)變以中斷狀態(tài),如果沒有其它影響,線程還會(huì)自己繼續(xù)執(zhí)行。

只有當(dāng)線程執(zhí)行到sleep,wait,join等方法時(shí),或者自己檢查中斷狀態(tài)而拋出異常的情況下,線程才會(huì)拋出異常。

如果線程對(duì)象調(diào)用interrupt()后它對(duì)應(yīng)的線程就立即中斷,那么interrupted()方法就不可能執(zhí)行。

因?yàn)閕nterrupted()方法是一個(gè)static方法,就是說只能在當(dāng)前線程上調(diào)用,而如果一個(gè)線程interrupt()后它已經(jīng)中斷了,那它又如何讓自己interrupted()?

正因?yàn)橐粋€(gè)線程調(diào)用interrupt()后只是改變了中斷狀態(tài),它可以繼續(xù)執(zhí)行下去,在沒有調(diào)用sleep,wait,join等法或自己拋 出異常之前,它就可以調(diào)用interrupted()來清除中斷狀態(tài)(還會(huì)原狀)interrupted()方法會(huì)檢查當(dāng)前線程的中斷狀態(tài),如果為 "被中斷狀態(tài)"則改變當(dāng)前線程為"非中斷狀態(tài)"并返回true,如果為"非中斷狀態(tài)"則返回false,它不僅檢查當(dāng)前線程是否為中斷狀態(tài),而且在保證當(dāng) 前線程回來非中斷狀態(tài),所以它叫"interrupted",是說中斷的狀態(tài)已經(jīng)結(jié)束(到非中斷狀態(tài)了)isInterrupted()方法則僅僅檢查線 程對(duì)象對(duì)應(yīng)的線程是否是中斷狀態(tài),并不改變它的狀態(tài)。

目前大家只能先記住這三個(gè)方法的功能,只有真正深入到多線程編程實(shí)踐中,才會(huì)體會(huì)到它們?yōu)槭裁词菍?duì)象方法,為什么是類方法。

線程到底什么時(shí)候才被中斷拋出InterruptedException異常,我們將在提高篇中詳細(xì)討論。

[sleep(),join(),yield()方法]

在現(xiàn)在的環(huán)節(jié)中,我只能先說明這些方法的作用和調(diào)用原則,至于為什么,在基礎(chǔ)篇中無法深入,只能在提高篇中詳細(xì)說明。

sleep()方法中是類方法,也就是對(duì)當(dāng)前線程而言的,程序員不能指定某個(gè)線程去sleep,只能是當(dāng)前線程執(zhí)行到sleep()方法時(shí),睡 眠指定的時(shí)間(讓其它線程運(yùn)行).事實(shí)上也只能是類方法,在當(dāng)前線程上調(diào)用.試想如果你調(diào)用一個(gè)線程對(duì)象的sleep()方法,那么這個(gè)對(duì)象對(duì)應(yīng)的線程如 果不是正在運(yùn)行,它如何sleep()?所以只有當(dāng)前線程,因?yàn)樗趫?zhí)行,你才能保證它可以調(diào)用sleep()方法。

原則:[在同步方法中盡量不要調(diào)用線程的sleep()方法],或者簡(jiǎn)單說,對(duì)于一般水平的程序員你基本不應(yīng)該調(diào)用sleep()方法。

join()方法,正如第一節(jié)所言,在一個(gè)線程對(duì)象上調(diào)用join方法,是當(dāng)前線程等待這個(gè)線程對(duì)象對(duì)應(yīng)的線程結(jié)束,比如有兩個(gè)工作,工作A要耗時(shí)10秒鐘,工作B要耗時(shí)10秒或更多。我們?cè)诔绦蛑邢壬梢粋€(gè)線程去做工作B,然后做工作A。

new?B().start();//做工作B

A();//做工作A

工作A完成后,下面要等待工作B的結(jié)果來進(jìn)行處理.如果工作B還沒有完成我就不能進(jìn)行下面的工作C,所以

B?b?=?new?B();

b.start();//做工作B

A();//做工作A

b.join();//等工作B完成。

C();//繼續(xù)工作C。

原則:[join是測(cè)試其它工作狀態(tài)的唯一正確方法],我見過很多人,甚至有的是博士生,在處理一項(xiàng)工作時(shí)如果另一項(xiàng)工作沒有完成,說讓當(dāng)前工 作線程sleep(x),我問他,你這個(gè)x是如何指定的,你怎么知道是100毫秒而不是99毫秒或是101毫秒?其實(shí)這就是OnXXX事件的實(shí)質(zhì),我們不 是要等多長(zhǎng)時(shí)間才去做什么事,而是當(dāng)?shù)却墓ぷ髡猛瓿傻臅r(shí)候去做。

yield()方法也是類方法,只在當(dāng)前線程上調(diào)用,理由同上,它主是讓當(dāng)前線程放棄本次分配到的時(shí)間片原則:[不是非常必要的情況下,沒有理 由調(diào)用它].調(diào)用這個(gè)方法不會(huì)提高任何效率,只是降低了CPU的總周期上面介紹的線程一些方法,基于(基礎(chǔ)篇)而言只能簡(jiǎn)單提及.以后具體應(yīng)用中我會(huì)結(jié)合 實(shí)例詳細(xì)論述。

線程本身的其它方法請(qǐng)參看API文檔.下一節(jié)介紹非線程的方法,但和線程密切相關(guān)的兩[三]個(gè)對(duì)象方法:

[wait(),notify()/notifyAll()]

這是在多線程中非常重要的方法。

關(guān)于這兩個(gè)方法,有很多的內(nèi)容需要說明.在下面的說明中可能會(huì)有很多地方不能一下子明白,但在看完本節(jié)后,即使不能完全明白,你也一定要回過頭來記住下面的兩句話:

[wait(),notify()/notityAll()方法是普通對(duì)象的方法(Object超類中實(shí)現(xiàn)),而不是線程對(duì)象的方法]

[wait(),notify()/notityAll()方法只能在同步方法中調(diào)用]

[線程的互斥控制]

多個(gè)線程同時(shí)操作某一對(duì)象時(shí),一個(gè)線程對(duì)該對(duì)象的操作可能會(huì)改變其狀態(tài),而該狀態(tài)會(huì)影響另一線程對(duì)該對(duì)象的真正結(jié)果.

這個(gè)例子我們?cè)谔嗟奈臋n中可以看到,就象兩個(gè)操售票員同時(shí)售出同一張票一樣.

線程A 線程B

1.線程A在數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢存票,發(fā)現(xiàn)票C可以賣出

class="left"2.線程A接受用戶訂票請(qǐng)求,準(zhǔn)備出票.

3.這時(shí)切換到了線程B執(zhí)行

4.線程B在數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢存票,發(fā)現(xiàn)票C可以賣出

5.線程B將票賣了出去

6.切換到線程A執(zhí)行,線程A賣了一張已經(jīng)賣出的票

所以需要一種機(jī)制來管理這類問題的發(fā)生,當(dāng)某個(gè)線程正在執(zhí)行一個(gè)不可分割的部分時(shí),其它線程不能不能同時(shí)執(zhí)行這一部分.

象這種控制某一時(shí)刻只能有一個(gè)線程執(zhí)行某個(gè)執(zhí)行單元的機(jī)制就叫互斥控制或共享互斥(mutual exclusion)

在JAVA中,用synchornized關(guān)鍵字來實(shí)現(xiàn)互斥控制(暫時(shí)這樣認(rèn)為,JDK1.5已經(jīng)發(fā)展了新的機(jī)制)

[synchornized關(guān)鍵字]

把一個(gè)單元聲明為synchornized,就可以讓在同一時(shí)間只有一個(gè)線程操作該方法.

有人說synchornized就是一把鎖,事實(shí)上它確實(shí)存在鎖,但是是誰(shuí)的鎖,鎖誰(shuí),這是一個(gè)非常復(fù)雜的問題.

每個(gè)對(duì)象只有一把監(jiān)視鎖(monitor lock),一次只能被一個(gè)線程獲取.當(dāng)一個(gè)線程獲取了這一個(gè)鎖后,其它線程就只能等待這個(gè)線程釋放鎖才能再獲取.

那么synchornized關(guān)鍵字到底鎖什么?得到了誰(shuí)的鎖?

對(duì)于同步塊,synchornized獲取的是參數(shù)中的對(duì)象鎖:

synchornized(obj){ //............... }　　線程執(zhí)行到這里時(shí),首先要獲取obj這個(gè)實(shí)例的鎖,如果沒有獲取到線程只能等待.如果多個(gè)線程執(zhí)行到這里,只能有一個(gè)線程獲取obj的鎖,然后執(zhí)行{}中的語(yǔ)句,所以,obj對(duì)象的作用范圍不同,控制程序不同.

假如:

public void test(){ Object o = new Object(); synchornized(obj){ //............... } }　　這段程序控制不了任何,多個(gè)線程之間執(zhí)行到Object o = new Object();時(shí)會(huì)各自產(chǎn)生一個(gè)對(duì)象然后獲取這個(gè)對(duì)象有監(jiān)視鎖,各自皆大歡喜地執(zhí)行.

而如果是類的屬性:

class Test{ Object o = new Object(); public void test(){ synchornized(o){ //............... } }}　　所有執(zhí)行到Test實(shí)例的synchornized(o)的線程,只有一個(gè)線程可以獲取到監(jiān)視鎖.

有時(shí)我們會(huì)這樣:

public void test(){ synchornized(this){ //............... } }　　那么所有執(zhí)行Test實(shí)例的線程只能有一個(gè)線程執(zhí)行.而synchornized(o)和synchornized(this)的范圍是不同 的,因?yàn)閳?zhí)行到Test實(shí)例的synchornized(o)的線程等待時(shí),其它線程可以執(zhí)行Test實(shí)例的synchornized(o1)部分,但多 個(gè)線程同時(shí)只有一個(gè)可以執(zhí)行Test實(shí)例的synchornized(this).]

而對(duì)于

synchornized(Test.class){ //............... }　　這樣的同步塊而言,所有調(diào)用Test多個(gè)實(shí)例的線程賜教只能有一個(gè)線程可以執(zhí)行.

[synchornized方法]

如果一個(gè)方法聲明為synchornized的,則等同于把在為個(gè)方法上調(diào)用synchornized(this).

如果一個(gè)靜態(tài)方法被聲明為synchornized,則等同于把在為個(gè)方法上調(diào)用synchornized(類.class).

現(xiàn)在進(jìn)入wait方法和notify/notifyAll方法.這兩個(gè)(或叫三個(gè))方法都是Object對(duì)象的方法,而不是線程對(duì)象的方法.如同鎖一樣,它們是在線程中調(diào)用某一對(duì)象上執(zhí)行的.

class Test{ public synchornized void test(){ //獲取條件,int x 要求大于100; if(x < 100) wait(); } }　　這里為了說明方法沒有加在try{}catch(){}中,如果沒有明確在哪個(gè)對(duì)象上調(diào)用wait()方法,則為this.wait();

假如:

Test t = new Test();

現(xiàn)在有兩個(gè)線程都執(zhí)行到t.test();方法.其中線程A獲取了t的對(duì)象鎖,進(jìn)入test()方法內(nèi).

這時(shí)x小于100,所以線程A進(jìn)入等待.

當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用了wait方法后,這個(gè)線程就進(jìn)入了這個(gè)對(duì)象的休息室(waitset),這是一個(gè)虛擬的對(duì)象,但JVM中一定存在這樣的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來記錄當(dāng)前對(duì)象中有哪些程線程在等待.

當(dāng)一個(gè)線程進(jìn)入等待時(shí),它就會(huì)釋放鎖,讓其它線程來獲取這個(gè)鎖.

所以線程B有機(jī)會(huì)獲得了線程A釋放的鎖,進(jìn)入test()方法,如果這時(shí)x還是小于100,線程B也進(jìn)入了t的休息室.

這兩個(gè)線程只能等待其它線程調(diào)用notity[All]來喚醒.

但是如果調(diào)用的是有參數(shù)的wait(time)方法,則線程A,B都會(huì)在休息室中等待這個(gè)時(shí)間后自動(dòng)喚醒.

[為什么真正的應(yīng)用都是用while(條件)而不用if(條件)]

在實(shí)際的編程中我們看到大量的例子都是用?

while(x < 100)

wait();go();而不是用if,為什么呢?

在多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行時(shí),if(x <100)是不安全的.因?yàn)槿绻€程A和線程B都在t的休息室中等待,這時(shí)另一個(gè)線程使x==100了,并調(diào)用notifyAll方法,線程A繼續(xù) 執(zhí)行下面的go().而它執(zhí)行完成后,x有可能又小于100,比如下面的程序中調(diào)用了--x,這時(shí)切換到線程B,線程B沒有繼續(xù)判斷,直接執(zhí)行g(shù)o(); 就產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤的條件,只有while才能保證線程B又繼續(xù)檢查一次.

[notify/notifyAll方法]

這兩個(gè)方法都是把某個(gè)對(duì)象上休息區(qū)內(nèi)的線程喚醒,notify只能喚醒一個(gè),但究竟是哪一個(gè)不能確定,而notifyAll則喚醒這個(gè)對(duì)象上的休息室中所有的線程.

一般有為了安全性,我們?cè)诮^對(duì)多數(shù)時(shí)候應(yīng)該使用notifiAll(),除非你明確知道只喚醒其中的一個(gè)線程.

那么是否是只要調(diào)用一個(gè)對(duì)象的wait()方法,當(dāng)前線程就進(jìn)入了這個(gè)對(duì)象的休息室呢?事實(shí)中,要調(diào)用一個(gè)對(duì)象的wait()方法,只有當(dāng)前線程獲取了這個(gè)對(duì)象的鎖,換句話說一定要在這個(gè)對(duì)象的同步方法或以這個(gè)對(duì)象為參數(shù)的同步塊中.

class MyThread extends Thread{ Test t = new Test(); public void run(){ t.test(); System.out.println("Thread say:Hello,World!"); } } public class Test { int x = 0; public void test(){ if(x==0) try{ wait(); }catch(Exception e){} } public static void main(String[] args) throws Exception{ new MyThread().start(); } }　　這個(gè)線程就不會(huì)進(jìn)入t的wait方法而直接打印出Thread say:Hello,World!.

而如果改成:

public class Test { int x = 0; public synchornized void test(){ if(x==0) try{ wait(); }catch(Exception e){} } public static void main(String[] args) throws Exception{ new MyThread().start(); } }

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