Java语言程序设计——篇十七（1）

news2024/11/16 7:19:15

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并发编程基础

目录
- Java多线程简介
- - 理解
  - - 生活实例
创建任务和线程
- 实现多线程方式
- - 实现Runnable接口创建多线程
  - 继承Thread类创建多线程
  - - 两种实现多线程方式的对比分析

人们在日常生活中，很多事情都是可以同时进行的。例如，一个人可以一边听音乐，一边打扫房间。在计算机上，如果打开QQ音乐应用程序，可以一边听音乐，一边下载音乐。计算机这种能够在单个程序内同时完成多项任务的技术， 就是多线程。
多任务是指在一个操作系统中可以同时运行多个应用程序，即有多个独立运行的任务，每一个任务对应一个进程。
Java是支持多线程的语言之一，它内置了对多线程技术的支持，可以同时执行多个程序片段。
在多任务操作系统中，表面上看是支持进程并行执行的，例如可以一边听音乐一边聊天。
但**实际上这些进程并不是同时运行的。操作系统会为每一个进程分配一段有限的CPU使用时间，**CPU在这段时间中执行某个进程，然后会在下一段时间切换到另一个进程中去执行。
由于CPU运行速度很快，能在极短的时间内在不同的进程之间进行切换，所以给人以同时执行多个程序的感觉。

理解

①什么是进程？
在操作系统中，每个独立执行的程序都可称之为一个进程。也就是“正在运行的程序”。

②什么是线程
每个运行的程序都是一个进程，在一个进程中还可以有多个执行单元同时运行，这些执行单元可以看作程序执行的一条条线索，被称为线程。
线程运行需要的资源通常少于进程，因此一般将线程称为轻量级进程。
操作系统中的每一个进程中都至少存在一个线程。例如当一个Java程序启动时，就会产生一个进程，该进程中会默认创建一个线程，在这个线程上会运行main()方法中的代码。
在前面章节所接触过的程序中，代码都是按照调用顺序依次往下执行，没有出现两段程序代码交替运行的效果，这样的程序称作单线程程序。
如果希望程序中实现多段程序交替运行的效果，则需要创建多个线程，即**多线程程序。**多线程是指一个进程在执行过程中可以产生多个单线程，这些单线程程序在运行时是相互独立的，它们可以并发执行。
多线程程序的执行过程如图所示：
图中所示的多条线程，看似是同时执行的，其实不然，它们和进程一样，也是由CPU轮流执行的，只不过CPU运行速度很快，故而给人同时执行的感觉。

生活实例

①很多应用程序是用多线程实现的，如服务器编程就要用到多线程。比如，Tomcat服务器内部采用的就是多线程。
②在我们的应用开发中，也经常需要编写多线程的程序，如银行账户的取款、存款管理，售票窗口的管理，尤其在网络编程中更是经常使用多线程技术。

创建任务和线程

为了创建新线程，应该首先定义该线程要执行的任务。一般来说，为了定义线程的任务，需要定义一个实现java.lang.Runnable接口的任务类。
Runnable接口只定义了一个方法，格式为：

        public abstract void run()

线程要执行的任务就写在run()方法中， Runnable对象称为任务对象。
Thread类是线程类，该类的一个实例就是一个线程。
Thread类实现了Runnable接口。因此，线程对象就可以作为任务对象。
一般，如果在main()方法中创建线程时没有指定任务对象，那任务对象就是当前线程对象。线程启动后就会执行该类的run()方法。

实现多线程方式

①实现java.lang.Runnable接口，并实现Runnable接口内的run()方法，完成线程运行的代码；
②继承java.lang包下的Thread类，重写Thread类的run()方法，在run()方法中实现线程运行的代码。

实现Runnable接口创建多线程

定义一个类实现Runnable接口，然后将该类对象作为线程的任务对象。
实现Runnable接口就是实现run()方法。
案例：使用Runnable接口实现多线程来打印数字
假设我们有两个任务，每个任务都需要打印一系列的数字。我们将通过实现Runnable接口来创建两个线程，每个线程负责打印一个数字序列。
步骤 1: 创建实现Runnable接口的类

public class NumberPrinter implements Runnable {  
    private int start;  
    private int end;  
  
    public NumberPrinter(int start, int end) {  
        this.start = start;  
        this.end = end;  
    }  
  
    @Override  
    public void run() {  
        for (int i = start; i <= end; i++) {  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " prints " + i);  
            try {  
                // 为了演示效果，让线程稍微暂停一下  
                Thread.sleep(100);  
            } catch (InterruptedException e) {  
                Thread.currentThread().interrupt();  
            }  
        }  
    }  
}

步骤 2: 创建线程并启动它们

public class RunnableDemo {  
    public static void main(String[] args) {  
        // 创建两个NumberPrinter实例，分别代表两个任务  
        Runnable task1 = new NumberPrinter(1, 5);  
        Runnable task2 = new NumberPrinter(6, 10);  
  
        // 创建Thread对象，将Runnable实例作为构造器参数  
        Thread thread1 = new Thread(task1, "Thread-1");  
        Thread thread2 = new Thread(task2, "Thread-2");  
  
        // 启动线程  
        thread1.start();  
        thread2.start();  
    }  
}

继承Thread类创建多线程

案例：使用继承Thread类的方式实现多线程来打印数字
假设我们有两个任务，每个任务都需要打印一系列的数字。我们将通过继承Thread类来创建两个线程类，每个类都重写run方法以执行打印任务。

步骤 1: 创建继承自Thread的类

public class NumberPrinterThread extends Thread {  
    private int start;  
    private int end;  
  
    public NumberPrinterThread(String name, int start, int end) {  
        super(name); // 调用父类的构造器来设置线程名称  
        this.start = start;  
        this.end = end;  
    }  
  
    @Override  
    public void run() {  
        for (int i = start; i <= end; i++) {  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " prints " + i);  
            try {  
                // 为了演示效果，让线程稍微暂停一下  
                Thread.sleep(100);  
            } catch (InterruptedException e) {  
                Thread.currentThread().interrupt();  
            }  
        }  
    }  
}

步骤 2: 创建线程实例并启动它们

public class ThreadDemo {  
    public static void main(String[] args) {  
        // 创建两个NumberPrinterThread实例，分别代表两个任务  
        Thread thread1 = new NumberPrinterThread("Thread-1", 1, 5);  
        Thread thread2 = new NumberPrinterThread("Thread-2", 6, 10);  
  
        // 启动线程  
        thread1.start();  
        thread2.start();  
    }  
}