Java 多線程入門大全
2007-03-15 14:18:41 / 個人分類：java

作者：qlampskyface

和作者聯系：djb_skyface@tom.com

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    接觸多線程已經不少時間了,也做了不少事情,但是一直覺得用起來不那么順手,在debug的時候,往往會比較擔心在同步上出什么問題,想起"程序員最怕的是自己寫的代碼"這句話,覺得真是不假.
    終于有一天,我覺得是時候把這個問題弄清楚了,所以,我就在網上找相關的內容看,結果竟然是找不到在我這個階段應該看的,不是太簡單,就是一筆帶過,不知所云.
    廢了九牛二虎之力,終于差不多弄清楚了,其中有不少誤區,以前認為的和真理相差甚大.想起自己花費的時間,真是覺得有點多,所以把它寫出來,一是防止自己以后又會忘掉,二是給像我一樣的似懂非懂者留下一點可以參考的東東.
    閑話少說,轉入正題!

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    先從線程的創建說起.線程的創建一共有兩種形式:

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    一種是繼承自Thread類.Thread 類是一個具體的類，即不是抽象類，該類封裝了線程的行為。要創建一個線程，程序員必須創建一個從 Thread 類導出的新類。程序員通過覆蓋 Thread 的 run() 函數來完成有用的工作。用戶并不直接調用此函數；而是通過調用 Thread 的 start() 函數，該函數再調用 run()。
   
    例如:

    public class Test extends Thread{
      public Test(){
      }
      public static void main(String args[]){
        Test t1 = new Test();
        Test t2 = new Test();
        t1.start();
        t2.start();
      }
      public void run(){
        //do thread's things
      }
    }

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    另一種是實現Runnable接口,此接口只有一個函數，run()，此函數必須由實現了此接口的類實現。
   
    例如:

    public class Test implements Runnable{
      Thread thread1;
      Thread thread2;
      public Test(){
        thread1 = new Thread(this,"1");
        thread2 = new Thread(this,"2");
      }
      public static void main(String args[]){
        Test t = new Test();
        t.startThreads();
      }
      public void run(){
        //do thread's things
      }
      public void startThreads(){
        thread1.start();
        thread2.start();
      }
    }

    兩種創建方式看起來差別不大,但是弄不清楚的話，也許會將你的程序弄得一團糟。兩者區別有以下幾點：

1.當你想繼承某一其它類時,你只能用后一種方式.

2.第一種因為繼承自Thread,只創建了自身對象,但是在數量上，需要幾個線程，就得創建幾個自身對象；第二種只創建一個自身對象，卻創建幾個Thread對象.而兩種方法重大的區別就在于此，請你考慮：如果你在第一種里創建數個自身對象并且start()后，你會發現好像synchronized不起作用了，已經加鎖的代碼塊或者方法居然同時可以有幾個線程進去，而且同樣一個變量，居然可以有好幾個線程同時可以去更改它。（例如下面的代碼）這是因為，在這個程序中，雖然你起了數個線程，可是你也創建了數個對象，而且，每個線程對應了每個對象也就是說，每個線程更改和占有的對象都不一樣，所以就出現了同時有幾個線程進入一個方法的現象，其實，那也不是一個方法，而是不同對象的相同的方法。所以，這時候你要加鎖的話，只能將方法或者變量聲明為靜態，將static加上后，你就會發現，線程又能管住方法了，同時不可能有兩個線程進入同樣一個方法，那是因為，現在不是每個對象都擁有一個方法了，而是所有的對象共同擁有一個方法，這個方法就是靜態方法。

    而你如果用第二種方法使用線程的話，就不會有上述的情況，因為此時，你只創建了一個自身對象，所以，自身對象的屬性和方法對于線程來說是共有的。

    因此，我建議，最好用后一種方法來使用線程。

public class mainThread extends Thread{
  int i=0;
  public static void main(String args[]){
    mainThread m1 = new mainThread();
    mainThread m2 = new mainThread();
    mainThread m3 = new mainThread();
    mainThread m4 = new mainThread();
    mainThread m5 = new mainThread();
    mainThread m6 = new mainThread();
    m1.start();
    m2.start();
    m3.start();
    m4.start();
    m5.start();
    m6.start();
  }
  public synchronized void t1(){
    i=++i;
    try{
      Thread.sleep(500);
    }
    catch(Exception e){}
    //每個線程都進入各自的t1()方法，分別打印各自的i
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
  }
  public void run(){
    synchronized(this){
      while (true) {
        t1();
      }
    }
  }
}

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    下面我們來講synchronized的4種用法吧:

    1.方法聲明時使用,放在范圍操作符(public等)之后,返回類型聲明(void等)之前.即一次只能有一個線程進入該方法,其他線程要想在此時調用該方法,只能排隊等候,當前線程(就是在synchronized方法內部的線程)執行完該方法后,別的線程才能進入.
 
      例如:

      public synchronized void synMethod() {
        //方法體
      }

    2.對某一代碼塊使用,synchronized后跟括號,括號里是變量,這樣,一次只有一個線程進入該代碼塊.例如:

      public int synMethod(int a1){
        synchronized(a1) {
          //一次只能有一個線程進入
        }
      }
    3.synchronized后面括號里是一對象,此時,線程獲得的是對象鎖.例如:

public class MyThread implements Runnable {
  public static void main(String args[]) {
    MyThread mt = new MyThread();
    Thread t1 = new Thread(mt, "t1");
    Thread t2 = new Thread(mt, "t2");
    Thread t3 = new Thread(mt, "t3");
    Thread t4 = new Thread(mt, "t4");
    Thread t5 = new Thread(mt, "t5");
    Thread t6 = new Thread(mt, "t6");
    t1.start();
    t2.start();
    t3.start();
    t4.start();
    t5.start();
    t6.start();
  }

  public void run() {
    synchronized (this) {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
  }
}

 
    對于3,如果線程進入,則得到對象鎖,那么別的線程在該類所有對象上的任何操作都不能進行.在對象級使用鎖通常是一種比較粗糙的方法。為什么要將整個對象都上鎖，而不允許其他線程短暫地使用對象中其他同步方法來訪問共享資源？如果一個對象擁有多個資源，就不需要只為了讓一個線程使用其中一部分資源，就將所有線程都鎖在外面。由于每個對象都有鎖，可以如下所示使用虛擬對象來上鎖：

class FineGrainLock {

   MyMemberClass x, y;
   Object xlock = new Object(), ylock = new Object();

   public void foo() {
      synchronized(xlock) {
         //access x here
      }

      //do something here - but don't use shared resources

      synchronized(ylock) {
         //access y here
      }
   }

   public void bar() {
      synchronized(this) {
         //access both x and y here
      }
      //do something here - but don't use shared resources
   }
}

    4.synchronized后面括號里是類.例如:

class ArrayWithLockOrder{
  private static long num_locks = 0;
  private long lock_order;
  private int[] arr;

  public ArrayWithLockOrder(int[] a)
  {
    arr = a;
    synchronized(ArrayWithLockOrder.class) {//-----------------------------------------這里
      num_locks++;             // 鎖數加 1。
      lock_order = num_locks;  // 為此對象實例設置唯一的 lock_order。
    }
  }
  public long lockOrder()
  {
    return lock_order;
  }
  public int[] array()
  {
    return arr;
  }
}

class SomeClass implements Runnable
{
  public int sumArrays(ArrayWithLockOrder a1,
                       ArrayWithLockOrder a2)
  {
    int value = 0;
    ArrayWithLockOrder first = a1;       // 保留數組引用的一個
    ArrayWithLockOrder last = a2;        // 本地副本。
    int size = a1.array().length;
    if (size == a2.array().length)
    {
      if (a1.lockOrder() > a2.lockOrder())  // 確定并設置對象的鎖定
      {                                     // 順序。
        first = a2;
        last = a1;
      }
      synchronized(first) {              // 按正確的順序鎖定對象。
        synchronized(last) {
          int[] arr1 = a1.array();
          int[] arr2 = a2.array();
          for (int i=0; i<size; i++)
            value += arr1[i] + arr2[i];
        }
      }
    }
    return value;
  }
  public void run() {
    //...
  }
}

    對于4,如果線程進入,則線程在該類中所有操作不能進行,包括靜態變量和靜態方法,實際上,對于含有靜態方法和靜態變量的代碼塊的同步,我們通常用4來加鎖.

以上4種之間的關系：

    鎖是和對象相關聯的，每個對象有一把鎖，為了執行synchronized語句，線程必須能夠獲得synchronized語句中表達式指定的對象的鎖，一個對象只有一把鎖，被一個線程獲得之后它就不再擁有這把鎖，線程在執行完synchronized語句后，將獲得鎖交還給對象。
    在方法前面加上synchronized修飾符即可以將一個方法聲明為同步化方法。同步化方法在執行之前獲得一個鎖。如果這是一個類方法，那么獲得的鎖是和聲明方法的類相關的Class類對象的鎖。如果這是一個實例方法，那么此鎖是this對象的鎖。

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  下面談一談一些常用的方法:

  wait(),wait(long),notify(),notifyAll()等方法是當前類的實例方法,
   
        wait()是使持有對象鎖的線程釋放鎖;
        wait(long)是使持有對象鎖的線程釋放鎖時間為long(毫秒)后,再次獲得鎖,wait()和wait(0)等價;
        notify()是喚醒一個正在等待該對象鎖的線程,如果等待的線程不止一個,那么被喚醒的線程由jvm確定;
        notifyAll是喚醒所有正在等待該對象鎖的線程.
        在這里我也重申一下,我們應該優先使用notifyAll()方法,因為喚醒所有線程比喚醒一個線程更容易讓jvm找到最適合被喚醒的線程.

    對于上述方法,只有在當前線程中才能使用,否則報運行時錯誤java.lang.IllegalMonitorStateException: current thread not owner.

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    下面,我談一下synchronized和wait()、notify()等的關系:

1.有synchronized的地方不一定有wait,notify

2.有wait,notify的地方必有synchronized.這是因為wait和notify不是屬于線程類，而是每一個對象都具有的方法，而且，這兩個方法都和對象鎖有關，有鎖的地方，必有synchronized。

另外，請注意一點：如果要把notify和wait方法放在一起用的話，必須先調用notify后調用wait，因為如果調用完wait，該線程就已經不是current thread了。如下例：

/**
 * Title:        Jdeveloper's Java Projdect
 * Description:  n/a
 * Copyright:    Copyright (c) 2001
 * Company:      soho  http://www.ChinaJavaWorld.com
 * @author jdeveloper@21cn.com
 * @version 1.0
 */
import java.lang.Runnable;
import java.lang.Thread;

public class DemoThread
    implements Runnable {

  public DemoThread() {
    TestThread testthread1 = new TestThread(this, "1");
    TestThread testthread2 = new TestThread(this, "2");

    testthread2.start();
    testthread1.start();

  }

  public static void main(String[] args) {
    DemoThread demoThread1 = new DemoThread();

  }

  public void run() {

    TestThread t = (TestThread) Thread.currentThread();
    try {
      if (!t.getName().equalsIgnoreCase("1")) {
        synchronized (this) {
          wait();
        }
      }
      while (true) {

        System.out.println("@time in thread" + t.getName() + "=" +
                           t.increaseTime());

        if (t.getTime() % 10 == 0) {
          synchronized (this) {
            System.out.println("****************************************");
            notify();
            if (t.getTime() == 100)
              break;
            wait();
          }
        }
      }
    }
    catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }

}

class TestThread
    extends Thread {
  private int time = 0;
  public TestThread(Runnable r, String name) {
    super(r, name);
  }

  public int getTime() {
    return time;
  }

  public int increaseTime() {
    return++time;
  }

}

    下面我們用生產者/消費者這個例子來說明他們之間的關系:

    public class test {
  public static void main(String args[]) {
    Semaphore s = new Semaphore(1);
    Thread t1 = new Thread(s, "producer1");
    Thread t2 = new Thread(s, "producer2");
    Thread t3 = new Thread(s, "producer3");
    Thread t4 = new Thread(s, "consumer1");
    Thread t5 = new Thread(s, "consumer2");
    Thread t6 = new Thread(s, "consumer3");
    t1.start();
    t2.start();
    t3.start();
    t4.start();
    t5.start();
    t6.start();
  }
}

class Semaphore
    implements Runnable {
  private int count;
  public Semaphore(int n) {
    this.count = n;
  }

  public synchronized void acquire() {
    while (count == 0) {
      try {
        wait();
      }
      catch (InterruptedException e) {
        //keep trying
      }
    }
    count--;
  }

  public synchronized void release() {
    while (count == 10) {
      try {
        wait();
      }
      catch (InterruptedException e) {
        //keep trying
      }
    }
    count++;
    notifyAll(); //alert a thread that's blocking on this semaphore
  }

  public void run() {
    while (true) {
      if (Thread.currentThread().getName().substring(0,8).equalsIgnoreCase("consumer")) {
        acquire();
      }
      else if (Thread.currentThread().getName().substring(0,8).equalsIgnoreCase("producer")) {
        release();
      }
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + count);
    }
  }
}

       生產者生產,消費者消費,一般沒有沖突,但當庫存為0時,消費者要消費是不行的,但當庫存為上限(這里是10)時,生產者也不能生產.請好好研讀上面的程序,你一定會比以前進步很多.

      上面的代碼說明了synchronized和wait,notify沒有絕對的關系,在synchronized聲明的方法、代碼塊中,你完全可以不用wait,notify等方法,但是,如果當線程對某一資源存在某種爭用的情況下,你必須適時得將線程放入等待或者喚醒.

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文章終于寫完了,基本上將我學習所得全部寫出來了,不過也留下些許遺憾,比如synchronized后是類時的深入的說明及討論.而且,文章由于自己能力有限,有些地方肯定會有錯誤,希望看過有何建議和批評,請發帖在下面,我會修正該文.謝謝!