Java第二十章课堂总结

如果一次只完成一件事情，很容易实现。但现实生活中，很多事情都是同时进行的。Java中为了模拟这种状态，引入了线程机制。简单地说，当程序同时完成多件事情时，就是所谓的多线程。多线程应用相当广泛，使用多线程可以创建窗口程序、网络程序等。

20.1　线程简介
世间有很多工作都是可以同时完成的。例如，人体可以同时进行呼吸、血液循环、思考问题等活动；用户既可以使用计算机听歌，也可以使用它打印文件。同样，计算机完全可以将多种活动同时进行，这种思想放在Java中被称为并发，而将并发完成的每一件事情称为线程。

在Java中，并发机制非常重要。在以往的程序设计中，我们都是一个任务完成后再进行下一个任务，这样下一个任务的开始必须等待前一个任务的结束。Java语言提供了并发机制，程序员可以在程序中执行多个线程，每一个线程完成一个功能，并与其他线程并发执行，这种机制被称为多线程。然而，有必要强调的是，并不是所有编程语言都支持多线程。

Windows操作系统是多任务操作系统，它以进程为单位。一个进程是一个包含有自身地址的程序，每个独立执行的程序都称为进程。也就是说每个正在执行的程序都是一个进程。系统可以分配给每个进程一段有限的使用CPU的时间（也可以称为CPU时间片），CPU在这段时间中执行某个进程，然后下一个时间片又跳至另一个进程中去执行。由于CPU转换较快，所以使得每个进程好像是同时执行一样。

一个线程则是进程中的执行流程，一个进程中可以同时包括多个线程，每个线程也可以得到一小段程序的执行时间，这样一个进程就可以具有多个并发执行的线程。在单线程中，程序代码按调用顺序依次往下执行。如果需要一个进程同时完成多段代码的操作，就需要使用多线程。

20.2　创建线程
在Java中，主要提供两种方式实现线程，分别为继承java.lang.Thread类与实现java.lang.Runnable接口。本节将着重讲解这两种实现线程的方式。

20.2.1　继承Thread类
Thread类是java.lang包中的一个类，从这个类中实例化的对象代表线程，程序员启动一个新线程需要建立Thread实例。Thread类中常用的两个构造方法如下：

public Thread()：创建一个新的线程对象。
public Thread(String threadName)：创建一个名称为threadName的线程对象。
继承Thread类创建一个新的线程的语法如下：

public class ThreadTest extends Thread{}
完成线程真正功能的代码放在类的run()方法中，当一个类继承Thread类后，就可以在该类中覆盖run()方法，将实现该线程功能的代码写入run()方法中，然后调用Thread类中的start()方法执行线程，也就是调用run()方法。

Thread对象需要一个任务来执行，任务是指线程在启动时执行的工作，该工作的功能代码被写在run()方法中。run()方法必须使用以下语法格式：

public void run(){}
注意

如果start()方法调用一个已经启动的线程，系统将抛出IllegalThreadStateException异常。

当执行一个线程程序时，就自动产生一个线程，主方法正是在这个线程上运行的。当不再启动其他线程时，该程序就为单线程程序，如本章以前的程序都是单线程程序。主方法线程启动由Java虚拟机负责，程序员负责启动自己的线程

在main()方法中，使线程执行需要调用Thread类中的start()方法，start()方法调用被覆盖的run()方法，如果不调用start()方法，线程永远都不会启动，在主方法没有调用start()方法之前，Thread对象只是一个实例，而不是一个真正的线程。

20.2.2　实现Runnable接口
到目前为止，线程都是通过扩展Thread类来创建的，如果程序员需要继承其他类（非Thread类）,而且还要使当前类实现多线程，那么可以通过Runnable接口来实现。例如，一个扩展JFrame类的GUI程序不可能再继承Thread类，因为Java语言中不支持多继承，这时该类就需要实现Runnable接口使其具有使用线程的功能。实现Runnable接口的语法如下：

public class Thread extends Object implements Runnable
说明

有兴趣的读者可以查询API，从中可以发现，实质上Thread类实现了Runnable接口，其中的run()方法正是对Runnable接口中的run()方法的具体实现。

实现Runnable接口的程序会创建一个Thread对象，并将Runnable对象与Thread对象相关联。Thread类中有以下两个构造方法：

public Thread(Runnable target)。
public Thread(Runnable target,String name)。
这两个构造方法的参数中都存在Runnable实例，使用以上构造方法就可以将Runnable实例与Thread实例相关联

使用Runnable接口启动新的线程的步骤如下：

（1）建立Runnable对象。

（2）使用参数为Runnable对象的构造方法创建Thread实例。

（3）调用start()方法启动线程。

通过Runnable接口创建线程时，程序员首先需要编写一个实现Runnable接口的类，然后实例化该类的对象，这样就建立了Runnable对象；接下来使用相应的构造方法创建Thread实例；最后使用该实例调用Thread类中的start()方法启动线程。

线程最引人注目的部分应该是与Swing相结合创建GUI程序，下面演示一个GUI程序，该程序实现了图标滚动的功能。

注意

启动一个新的线程，不是直接调用Thread子类对象的run()方法，而是调用Thread子类的start()方法，Thread类的start()方法产生一个新的线程，该线程运行Thread子类的run()方法。

20.3　线程的生命周期
线程具有生命周期，其中包含7种状态，分别为出生状态、就绪状态、运行状态、等待状态、休眠状态、阻塞状态和死亡状态。出生状态就是线程被创建时处于的状态，在用户使用该线程实例调用start()方法之前线程都处于出生状态；当用户调用start()方法后，线程处于就绪状态（又被称为可执行状态）；当线程得到系统资源后就进入运行状态。

一旦线程进入可执行状态，它会在就绪与运行状态下转换，同时也有可能进入等待、休眠、阻塞或死亡状态。当处于运行状态下的线程调用Thread类中的wait()方法时，该线程便进入等待状态，进入等待状态的线程必须调用Thread类中的notify()方法才能被唤醒，而调用notifyAll()方法可将所有处于等待状态下的线程唤醒；当线程调用Thread类中的sleep()方法时，则会进入休眠状态。如果一个线程在运行状态下发出输入／输出请求，该线程将进入阻塞状态，在其等待输入／输出结束时线程进入就绪状态，对于阻塞的线程来说，即使系统资源空闲，线程依然不能回到运行状态。当线程的run()方法执行完毕时，线程进入死亡状态。

说明

使线程处于不同状态下的方法会在20.4节中进行讲解，在此读者只需了解线程的多个状态即可。

虽然多线程看起来像同时执行，但事实上在同一时间点上只有一个线程被执行，只是线程之间切换较快，所以才会使人产生线程是同时进行的假象。在Windows操作系统中，系统会为每个线程分配一小段CPU时间片，一旦CPU时间片结束就会将当前线程换为下一个线程，即使该线程没有结束。

要使线程处于就绪状态，有以下几种方法：

调用sleep()方法。
调用wait()方法。
等待输入／输出完成。

当线程处于就绪状态后，可以用以下几种方法使线程再次进入运行状态：

线程调用notify()方法。
线程调用notifyAll()方法。
线程调用interrupt()方法。
线程的休眠时间结束。
输入／输出结束。

20.4　操作线程的方法
操作线程有很多方法，这些方法可以使线程从某一种状态过渡到另一种状态。
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20.4.1　线程的休眠
一种能控制线程行为的方法是调用sleep()方法，sleep()方法需要一个参数用于指定该线程休眠的时间，该时间以毫秒为单位。在前面的实例中，已经演示过sleep()方法，它通常是在run()方法内的循环中被使用。sleep()方法的语法如下：

?上述代码会使线程在2秒之内不会进入就绪状态。由于sleep()方法的执行有可能抛出InterruptedException异常，所以将sleep()方法的调用放在try-catch块中。虽然使用了sleep()方法的线程在一段时间内会醒来，但是并不能保证它醒来后进入运行状态，只能保证它进入就绪状态。
?

在本实例中定义了getC()方法，该方法用于随机产生Color类型的对象，并且在产生线程的匿名内部类中使用getGraphics()方法获取Graphics对象，使用该对象调用setColor()方法为图形设置颜色。调用drawLine()方法绘制一条线段，同时线段会根据纵坐标的变化自动调整。?

20.4.2　线程的加入
如果当前某程序为多线程程序，假如存在一个线程A，现在需要插入线程B，并要求线程B先执行完毕，然后再继续执行线程A，此时可以使用Thread类中的join()方法来完成。这就好比此时读者正在看电视，突然有人上门收水费，读者必须付完水费后才能继续看电视。

当某个线程使用join()方法加入另外一个线程时，另一个线程会等待该线程执行完毕后再继续执行。下面来看一个使用join()方法的实例。
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在本实例中同时创建了两个线程，这两个线程分别负责进度条的滚动。在线程A的run()方法中使线程B的对象调用join()方法，而join()方法使当前运行线程暂停，直到调用join()方法 的线程执行完毕后再执行，所以线程A等待线程B执行完毕后再开始执行，即下面的进度条滚动完毕后上面的进度条才开始滚动。

20.4.3　线程的中断
以往有的时候会使用stop()方法停止线程，但当前版本的JDK早已废除了stop()方法，不建议使用stop()方法来停止一个线程的运行。现在提倡在run()方法中使用无限循环的形式，然后使用一个布尔型标记控制循环的停止。

如果线程是因为使用了sleep()或wait()方法进入了就绪状态，可以使用Thread类中interrupt()方法使线程离开run()方法，同时结束线程，但程序会抛出InterruptedException异常，用户可以在处理该异常时完成线程的中断业务处理，如终止while循环。

下面的实例演示了某个线程使用interrupted()方法，同时程序抛出了InterruptedException异常，在异常处理时结束了while循环。在项目中，经常在这里执行关闭数据库连接和关闭Socket连接等操作。
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