隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，編程模型也越來越復(fù)雜多樣化。但多線程編程模型是目前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)的最終模型，本文將對(duì)Java多線程的學(xué)習(xí)，深入解析，希望可以幫助到大家：

　　一般來說,我們把正在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行的程序叫做"進(jìn)程"(Process),而不將其稱為程序(Program)。所謂"線程"(Thread),是"進(jìn)程"中某個(gè)單一順序的控制流。新興的操作系統(tǒng),如Mac,WindowsNT,Windows95等,大多采用多線程的概念,把線程視為基本執(zhí)行單位。線程也是Java中的相當(dāng)重要的組成部分之一。

　　甚至最簡單的Applet也是由多個(gè)線程來完成的。在Java中,任何一個(gè)Applet的paint()和update()方法都是由AWT(AbstractWindowToolkit)繪圖與事件處理線程調(diào)用的,而Applet主要的里程碑方法——init(),start(),stop()和destory()——是由執(zhí)行該Applet的應(yīng)用調(diào)用的。

　　單線程的概念沒有什么新的地方,真正有趣的是在一個(gè)程序中同時(shí)使用多個(gè)線程來完成不同的任務(wù)。某些地方用輕量進(jìn)程(LightweightProcess)來代替線程,線程與真正進(jìn)程的相似性在于它們都是單一順序控制流。然而線程被認(rèn)為輕量是由于它運(yùn)行于整個(gè)程序的上下文內(nèi),能使用整個(gè)程序共有的資源和程序環(huán)境。

　　作為單一順序控制流,在運(yùn)行的程序內(nèi)線程必須擁有一些資源作為必要的開銷。例如,必須有執(zhí)行堆棧和程序計(jì)數(shù)器在線程內(nèi)執(zhí)行的代碼只在它的上下文中起作用,因此某些地方用"執(zhí)行上下文"來代替"線程"。

　　線程屬性

　　為了正確有效地使用線程,必須理解線程的各個(gè)方面并了解Java實(shí)時(shí)系統(tǒng)。必須知道如何提供線程體、線程的生命周期、實(shí)時(shí)系統(tǒng)如何調(diào)度線程、線程組、什么是幽靈線程(DemonThread)。

　　(1)線程體

　　所有的操作都發(fā)生在線程體中,在Java中線程體是從Thread類繼承的run()方法,或?qū)崿F(xiàn)Runnable接口的類中的run()方法。當(dāng)線程產(chǎn)生并初始化后,實(shí)時(shí)系統(tǒng)調(diào)用它的run()方法。run()方法內(nèi)的代碼實(shí)現(xiàn)所產(chǎn)生線程的行為,它是線程的主要部

　　分。

　　(2)線程狀態(tài)

　　附圖表示了線程在它的生命周期內(nèi)的任何時(shí)刻所能處的狀態(tài)以及引起狀態(tài)改變的方法。這圖并不是完整的有限狀態(tài)圖,但基本概括了線程中比較感興趣和普遍的方面。以下討論有關(guān)線程生命周期以此為據(jù)。

　　●新線程態(tài)(NewThread)

　　產(chǎn)生一個(gè)Thread對(duì)象就生成一個(gè)新線程。當(dāng)線程處于"新線程"狀態(tài)時(shí),僅僅是一個(gè)空線程對(duì)象,它還沒有分配到系統(tǒng)資源。因此只能啟動(dòng)或終止它。任何其他操作都會(huì)引發(fā)異常。

　　●可運(yùn)行態(tài)(Runnable)

　　start()方法產(chǎn)生運(yùn)行線程所必須的資源,調(diào)度線程執(zhí)行,并且調(diào)用線程的run()方法。在這時(shí)線程處于可運(yùn)行態(tài)。該狀態(tài)不稱為運(yùn)行態(tài)是因?yàn)檫@時(shí)的線程并不總是一直占用處理機(jī)。特別是對(duì)于只有一個(gè)處理機(jī)的PC而言,任何時(shí)刻只能有一個(gè)處于可運(yùn)行態(tài)的線程占用處理機(jī)。Java通過調(diào)度來實(shí)現(xiàn)多線程對(duì)處理機(jī)的共享。

　　●非運(yùn)行態(tài)(NotRunnable)

　　當(dāng)以下事件發(fā)生時(shí),線程進(jìn)入非運(yùn)行態(tài)。

　?、賡uspend()方法被調(diào)用;

　?、趕leep()方法被調(diào)用;

　　③線程使用wait()來等待條件變量;

　?、芫€程處于I/O等待

　　●死亡態(tài)(Dead)

　　當(dāng)run()方法返回,或別的線程調(diào)用stop()方法,線程進(jìn)入死亡態(tài)。通常Applet使用它的stop()方法來終止它產(chǎn)生的所有線程。

　　(3)線程優(yōu)先級(jí)

　　雖然我們說線程是并發(fā)運(yùn)行的。然而事實(shí)常常并非如此。正如前面談到的,當(dāng)系統(tǒng)中只有一個(gè)CPU時(shí),以某種順序在單CPU情況下執(zhí)行多線程被稱為調(diào)度(scheduling)。Java采用的是一種簡單、固定的調(diào)度法,即固定優(yōu)先級(jí)調(diào)度。這種算法是根據(jù)處于可運(yùn)行態(tài)線程的相對(duì)優(yōu)先級(jí)來實(shí)行調(diào)度。當(dāng)線程產(chǎn)生時(shí),它繼承原線程的優(yōu)先級(jí)。在需要時(shí)可對(duì)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行修改。在任何時(shí)刻,如果有多條線程等待運(yùn)行,系統(tǒng)選擇優(yōu)先級(jí)最高的可運(yùn)行線程運(yùn)行。只有當(dāng)它停止、自動(dòng)放棄、或由于某種原因成為非運(yùn)行態(tài)低優(yōu)先級(jí)的線程才能運(yùn)行。如果兩個(gè)線程具有相同的優(yōu)先級(jí),它

　　們將被交替地運(yùn)行。

　　Java實(shí)時(shí)系統(tǒng)的線程調(diào)度算法還是強(qiáng)制性的,在任何時(shí)刻,如果一個(gè)比其他線程優(yōu)先級(jí)都高的線程的狀態(tài)變?yōu)榭蛇\(yùn)行態(tài),實(shí)時(shí)系統(tǒng)將選擇該線程來運(yùn)行。

　　(4)幽靈線程

　　任何一個(gè)Java線程都能成為幽靈線程。它是作為運(yùn)行于同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的對(duì)象和線程的服務(wù)提供者。例如,HotJava瀏覽器有一個(gè)稱為"后臺(tái)圖片閱讀器"的幽靈線程,它為需要圖片的對(duì)象和線程從文件系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)讀入圖片。幽靈線程是應(yīng)用中典型的獨(dú)立線程。它為同一應(yīng)用中的其他對(duì)象和線程提供服務(wù)。幽靈線程的run()方法一般都是無限循環(huán),等待服務(wù)請(qǐng)求。

　　(5)線程組

　　每個(gè)Java線程都是某個(gè)線程組的成員。線程組提供一種機(jī)制,使得多個(gè)線程集于一個(gè)對(duì)象內(nèi),能對(duì)它們實(shí)行整體操作。譬如,你能用一個(gè)方法調(diào)用來啟動(dòng)或掛起組內(nèi)的所有線程。Java線程組由ThreadGroup類實(shí)現(xiàn)。當(dāng)線程產(chǎn)生時(shí),可以指定線程組或由實(shí)時(shí)系統(tǒng)將其放入某個(gè)缺省的線程組內(nèi)。線程只能屬于一個(gè)線程組,并且當(dāng)線程產(chǎn)生后不能改變它所屬的線程組。

　　多線程程序

　　對(duì)于多線程的好處這就不多說了。但是,它同樣也帶來了某些新的麻煩。只要在設(shè)計(jì)程序時(shí)特別小心留意,克服這些麻煩并不算太困難。

　　(1)同步線程

　　許多線程在執(zhí)行中必須考慮與其他線程之間共享數(shù)據(jù)或協(xié)調(diào)執(zhí)行狀態(tài)。這就需要同步機(jī)制。在Java中每個(gè)對(duì)象都有一把鎖與之對(duì)應(yīng)。但Java不提供單獨(dú)的lock和unlock操作。它由高層的結(jié)構(gòu)隱式實(shí)現(xiàn),來保證操作的對(duì)應(yīng)。(然而,我們注意到Java虛擬機(jī)提供單獨(dú)的monitorenter和monitorexit指令來實(shí)現(xiàn)lock和unlock操作。)

　　synchronized語句計(jì)算一個(gè)對(duì)象引用,試圖對(duì)該對(duì)象完成鎖操作,并且在完成鎖操作前停止處理。當(dāng)鎖操作完成synchronized語句體得到執(zhí)行。當(dāng)語句體執(zhí)行完畢(無論正常或異常),解鎖操作自動(dòng)完成。作為面向?qū)ο蟮恼Z言,synchronized經(jīng)常與方法連用。一種比較好的辦法是,如果某個(gè)變量由一個(gè)線程賦值并由別的線程引用或賦值,那么所有對(duì)該變量的訪問都必須在某個(gè)synchromized語句或synchronized方法內(nèi)。

　　現(xiàn)在假設(shè)一種情況：線程1與線程2都要訪問某個(gè)數(shù)據(jù)區(qū),并且要求線程1的訪問先于線程2,則這時(shí)僅用synchronized是不能解決問題的。這在Unix或WindowsNT中可用Simaphore來實(shí)現(xiàn)。而Java并不提供。在Java中提供的是wait()和notify()機(jī)制。使用如下:

　　synchronizedmethod-1(…){callbythread1.

　　∥accessdataarea;

　　available=true;

　　notify()

　　}

　　synchronizedmethod-2(…){∥callbythread2.

　　while(!available)

　　try{

　　wait();∥waitfornotify().

　　}catch(InterruptedExceptione){

　　}

　　∥accessdataarea

　　}

　　其中available是類成員變量,置初值為false。如果在method-2中檢查available為假,則調(diào)用wait()。wait()的作用是使線

　　程2進(jìn)入非運(yùn)行態(tài),并且解鎖。在這種情況下,method-1可以被線程1調(diào)用。當(dāng)執(zhí)行notify()后。線程2由非運(yùn)行態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛇\(yùn)行態(tài)。當(dāng)method-1調(diào)用返回后。線程2可重新對(duì)該對(duì)象加鎖,加鎖成功后執(zhí)行wait()返回后的指令。這種機(jī)制也能適用于其他更復(fù)雜的情況。

　　(2)死鎖

　　如果程序中有幾個(gè)競爭資源的并發(fā)線程,那么保證均衡是很重要的。系統(tǒng)均衡是指每個(gè)線程在執(zhí)行過程中都能充分訪問有限的資源。系統(tǒng)中沒有餓死和死鎖的線程。Java并不提供對(duì)死鎖的檢測機(jī)制。對(duì)大多數(shù)的Java程序員來說防止死鎖是一種較好的選擇。最簡單的防止死鎖的方法是對(duì)競爭的資源引入序號(hào),如果一個(gè)線程需要幾個(gè)資源,那么它必須先得到小序號(hào)的資源,再申請(qǐng)大序號(hào)的資源。

　　小結(jié)

　　線程是Java中的重要內(nèi)容,多線程是Java的一個(gè)特點(diǎn)。雖然Java的同步互斥不如某些系統(tǒng)那么豐富,但適當(dāng)?shù)厥褂盟鼈円材苁盏綕M意的效果。