6．1 線程簡(jiǎn)介

　　隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，個(gè)人計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)也紛紛采用多任務(wù)和分時(shí)設(shè)計(jì)，將早期只有大型計(jì)算機(jī)才具有的系統(tǒng)特性帶到了個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。一般可以在同一時(shí)間內(nèi)執(zhí)行多個(gè)程序的操作系統(tǒng)都有進(jìn)程的概念。一個(gè)進(jìn)程就是一個(gè)執(zhí)行中的程序，而每一個(gè)進(jìn)程都有自己獨(dú)立的一塊內(nèi)存空間、一組系統(tǒng)資源。在進(jìn)程概念中，每一個(gè)進(jìn)程的內(nèi)部數(shù)據(jù)和狀態(tài)都是完全獨(dú)立的。Java程序通過流控制來執(zhí)行程序流，程序中單個(gè)順序的流控制稱為線程，多線程則指的是在單個(gè)程序中可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)不同的線程，執(zhí)行不同的任務(wù)。多線程意味著一個(gè)程序的多行語句可以看上去幾乎在同一時(shí)間內(nèi)同時(shí)運(yùn)行。

　　線程與進(jìn)程相似，是一段完成某個(gè)特定功能的代碼，是程序中單個(gè)順序的流控制；但與進(jìn)程不同的是，同類的多個(gè)線程是共享一塊內(nèi)存空間和一組系統(tǒng)資源，而線程本身的數(shù)據(jù)通常只有微處理器的寄存器數(shù)據(jù)，以及一個(gè)供程序執(zhí)行時(shí)使用的堆棧。所以系統(tǒng)在產(chǎn)生一個(gè)線程，或者在各個(gè)線程之間切換時(shí)，負(fù)擔(dān)要比進(jìn)程小的多，正因如此，線程被稱為輕負(fù)荷進(jìn)程（light-weight process）。一個(gè)進(jìn)程中可以包含多個(gè)線程。

　　一個(gè)線程是一個(gè)程序內(nèi)部的順序控制流。
　　1. 進(jìn)程：每個(gè)進(jìn)程都有獨(dú)立的代碼和數(shù)據(jù)空間（進(jìn)程上下文） ，進(jìn)程切換的開銷大。
　　2. 線程：輕量的進(jìn)程，同一類線程共享代碼和數(shù)據(jù)空間，每個(gè)線程有獨(dú)立的運(yùn)行棧和程序計(jì)數(shù)器（PC），線程切換的開銷小。
　　3. 多進(jìn)程：在操作系統(tǒng)中，能同時(shí)運(yùn)行多個(gè)任務(wù)程序。
　　4. 多線程：在同一應(yīng)用程序中，有多個(gè)順序流同時(shí)執(zhí)行。

　　6．1．1 線程的概念模型

　　Java內(nèi)在支持多線程，它的所有類都是在多線程下定義的，Java利用多線程使整個(gè)系統(tǒng)成為異步系統(tǒng)。Java中的線程由三部分組成，如圖6.1所示。

　　1. 虛擬的CPU，封裝在java.lang.Thread類中。
　　2. CPU所執(zhí)行的代碼，傳遞給Thread類。
　　3. CPU所處理的數(shù)據(jù)，傳遞給Thread類。

　　圖6.1線程

　　6. 1. 2 線程體(1)


　　Java的線程是通過java.lang.Thread類來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)我們生成一個(gè)Thread類的對(duì)象之后,一個(gè)新的線程就產(chǎn)生了。

　　此線程實(shí)例表示Java解釋器中的真正的線程，通過它可以啟動(dòng)線程、終止線程、線程掛起等，每個(gè)線程都是通過類Thread在Java的軟件包Java.lang中定義，它的構(gòu)造方法為：

　　　public Thread （ThreadGroup group，Runnable target，String name）；

　　其中，group 指明該線程所屬的線程組；target實(shí)際執(zhí)行線程體的目標(biāo)對(duì)象，它必須實(shí)現(xiàn)接口Runnable； name為線程名。Java中的每個(gè)線程都有自己的名稱，Java提供了不同Thread類構(gòu)造器，允許給線程指定名稱。如果name為null時(shí)，則Java自動(dòng)提供唯一的名稱。
　　當(dāng)上述構(gòu)造方法的某個(gè)參數(shù)為null時(shí)，我們可得到下面的幾個(gè)構(gòu)造方法：

　　public Thread （）；
　　public Thread （Runnable target）；
　　public Thread （Runnable target，String name）；
　　public Thread （String name）；
　　public Thread （ThreadGroup group，Runnable target）；
　　public Thread （ThreadGroup group，String name）；

　　一個(gè)類聲明實(shí)現(xiàn)Runnable接口就可以充當(dāng)線程體，在接口Runnable中只定義了一個(gè)方法 run（）：
　　　　　　　public void run（）；

　　任何實(shí)現(xiàn)接口Runnable的對(duì)象都可以作為一個(gè)線程的目標(biāo)對(duì)象，類Thread本身也實(shí)現(xiàn)了接口Runnable，因此我們可以通過兩種方法實(shí)現(xiàn)線程體。

　　（一）定義一個(gè)線程類，它繼承線程類Thread并重寫其中的方法 run（），這時(shí)在初始化這個(gè)類的實(shí)例時(shí)，目標(biāo)target可為null，表示由這個(gè)實(shí)例對(duì)來執(zhí)行線程體。由于Java只支持單重繼承，用這種方法定義的類不能再繼承其它父類。

　　（二）提供一個(gè)實(shí)現(xiàn)接口Runnable的類作為一個(gè)線程的目標(biāo)對(duì)象，在初始化一個(gè)Thread類或者Thread子類的線程對(duì)象時(shí)，把目標(biāo)對(duì)象傳遞給這個(gè)線程實(shí)例，由該目標(biāo)對(duì)象提供線程體 run（）。這時(shí)，實(shí)現(xiàn)接口Runnable的類仍然可以繼承其它父類。

　　每個(gè)線程都是通過某個(gè)特定Thread對(duì)象的方法run( )來完成其操作的，方法run( )稱為線程體。圖6.2表示了java線程的不同狀態(tài)以及狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換所調(diào)用的方法。

　　圖6.2 線程的狀態(tài)
　　　　
　　 1. 創(chuàng)建狀態(tài)(new Thread)
　　執(zhí)行下列語句時(shí)，線程就處于創(chuàng)建狀態(tài)：
　　Thread myThread = new MyThreadClass( );
　　當(dāng)一個(gè)線程處于創(chuàng)建狀態(tài)時(shí)，它僅僅是一個(gè)空的線程對(duì)象，系統(tǒng)不為它分配資源。

　　2. 可運(yùn)行狀態(tài)( Runnable )
　　Thread myThread = new MyThreadClass( );
　　myThread.start( );
　　當(dāng)一個(gè)線程處于可運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)為這個(gè)線程分配了它需的系統(tǒng)資源，安排其運(yùn)行并調(diào)用線程運(yùn)行方法，這樣就使得該線程處于可運(yùn)行( Runnable )狀態(tài)。需要注意的是這一狀態(tài)并不是運(yùn)行中狀態(tài)（Running )，因?yàn)榫�程也許實(shí)際上并未真正運(yùn)行。由于很多計(jì)算機(jī)都是單處理器的，所以要在同一時(shí)刻運(yùn)行所有的處于可運(yùn)行狀態(tài)的線程是不可能的，Java的運(yùn)行系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)調(diào)度來保證這些線程共享處理器。
　　
　　3. 不可運(yùn)行狀態(tài)（Not Runnable）
　　進(jìn)入不可運(yùn)行狀態(tài)的原因有如下幾條：
　　1) 調(diào)用了sleep（）方法;
　　2) 調(diào)用了suspend（）方法;
　　3) 為等候一個(gè)條件變量，線程調(diào)用wait（）方法;
　　4) 輸入輸出流中發(fā)生線程阻塞;
　　不可運(yùn)行狀態(tài)也稱為阻塞狀態(tài)（Blocked）。因?yàn)槟撤N原因（輸入/輸出、等待消息或其它阻塞情況），系統(tǒng)不能執(zhí)行線程的狀態(tài)。這時(shí)即使處理器空閑，也不能執(zhí)行該線程。

　　4. 死亡狀態(tài)（Dead）
　　線程的終止一般可通過兩種方法實(shí)現(xiàn)：自然撤消（線程執(zhí)行完）或是被停止（調(diào)用stop()方法）。目前不推薦通過調(diào)用stop()來終止線程的執(zhí)行，而是讓線程執(zhí)行完。

　　

　　6. 1. 2 線程體(2)


　　◇線程體的構(gòu)造

　　任何實(shí)現(xiàn)接口Runnable的對(duì)象都可以作為一個(gè)線程的目標(biāo)對(duì)象，上面已講過構(gòu)造線程體有兩種方法，下面通過實(shí)例來說明如何構(gòu)造線程體的。

　　例6．1 通過繼承類Thread構(gòu)造線程體
　　class SimpleThread extends Thread {
　　public SimpleThread(String str) {
　　　super(str); //調(diào)用其父類的構(gòu)造方法
　　}
　　public void run() { //重寫run方法
　　　for (int i = 0; i < 10;="" i++)="" {="">
　　　　System.out.println(i + " " + getName());
　　　　　　　　　　　　　//打印次數(shù)和線程的名字
　　　　try {
　　　　　　sleep((int)(Math.random() * 1000));
　　　　　　　　　　　　　//線程睡眠，把控制權(quán)交出去
　　　　} catch (InterruptedException e) {}
　　}

　　　　　System.out.println("DONE! " + getName());
　　　　　　　　　　　　　//線程執(zhí)行結(jié)束
　　　　}
　　}
　　public class TwoThreadsTest {
　　　public static void main (String args[]) {
　　　　new SimpleThread("First").start();
　　　　　　　　　　　　　//第一個(gè)線程的名字為First
　　　　new SimpleThread("Second").start();
　　　　　　　　　　　　　//第二個(gè)線程的名字為Second
　　}
　　}

　　　運(yùn)行結(jié)果:
　　　　0 First
　　　　0 Second
　　　　1 Second
　　　　1 First
　　　　2 First
　　　　2 Second
　　　　3 Second
　　　　3 First
　　　　4 First
　　　　4 Second
　　　　5 First
　　　　5 Second
　　　　6 Second
　　　　6 First
　　　　7 First
　　　　7 Second
　　　　8 Second
　　　　9 Second
　　　　8 First
　　　　DONE! Second
　　　　9 First
　　　　DONE! First

　　仔細(xì)分析一下運(yùn)行結(jié)果，會(huì)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)線程是交錯(cuò)運(yùn)行的，感覺就象是兩個(gè)線程在同時(shí)運(yùn)行。但是實(shí)際上一臺(tái)計(jì)算機(jī)通常就只有一個(gè)CPU，在某個(gè)時(shí)刻只能是只有一個(gè)線程在運(yùn)行，而java語言在設(shè)計(jì)時(shí)就充分考慮到線程的并發(fā)調(diào)度執(zhí)行。對(duì)于程序員來說，在編程時(shí)要注意給每個(gè)線程執(zhí)行的時(shí)間和機(jī)會(huì)，主要是通過讓線程睡眠的辦法（調(diào)用sleep()方法）來讓當(dāng)前線程暫停執(zhí)行，然后由其它線程來爭(zhēng)奪執(zhí)行的機(jī)會(huì)。如果上面的程序中沒有用到sleep()方法，則就是第一個(gè)線程先執(zhí)行完畢，然后第二個(gè)線程再執(zhí)行完畢。所以用活sleep()方法是學(xué)習(xí)線程的一個(gè)關(guān)鍵。


　　例6．2 通過接口構(gòu)造線程體
　　　public class Clock extends java.applet.Applet implements Runnable {//實(shí)現(xiàn)接口
　　　　　　Thread clockThread;
　　　　　　public void start() {
　　　　　　　　　//該方法是Applet的方法，不是線程的方法
　　　　　　if (clockThread == null) {
　　　　　　　　　clockThread = new Thread(this, "Clock");
　　　　　　　　　/*線程體是Clock對(duì)象本身，線程名字為"Clock"*/
　　　　　　　　　clockThread.start(); //啟動(dòng)線程
　　　　　　　　　}
　　　　　　}

　　　　　　public void run() { //run()方法中是線程執(zhí)行的內(nèi)容
　　　　　　　　　while (clockThread != null) {
　　　　　　　　　repaint(); //刷新顯示畫面
　　　　　　　　　try {
　　　　　　　　　　　clockThread.sleep(1000);
　　　　　　　　　　　//睡眠1秒，即每隔1秒執(zhí)行一次
　　　　　　　　　　} catch (InterruptedException e){}
　　　　　　　　　}
　　　　　　}

　　　　　　public void paint(Graphics g) {
　　　　　　　　　　Date now = new Date(); //獲得當(dāng)前的時(shí)間對(duì)象
　　　　　　　　　　g.drawString(now.getHours() + ":" + now.getMinutes()+ ":" +now.getSeconds(), 5, 10);//顯示當(dāng)前時(shí)間
　　　　　　}

　　　　　　public void stop() {
　　　　　　　　//該方法是Applet的方法，不是線程的方法
　　　　　　　　　　clockThread.stop();
　　　　　　　　　　clockThread = null;
　　　　　　}
　　　}

　　上面這個(gè)例子是通過每隔1秒種就執(zhí)行線程的刷新畫面功能，顯示當(dāng)前的時(shí)間；看起來的效果就是一個(gè)時(shí)鐘，每隔1秒就變化一次。由于采用的是實(shí)現(xiàn)接口Runnable的方式，所以該類Clock還繼承了Applet, Clock就可以Applet的方式運(yùn)行。