996-第十三章 并发.ppt

1,第十三章 并发,2,线程的概念 线程的创建 线程调度与线程控制 线程同步 线程状态与生命周期,3,什么是线程,多线程是实现并发的一种有效手段。 一个进程可以通过运行多个线程来并发地执行多项任务。 多个线程如何调度执行由系统来实现。,4,什么是线程,线程是程序中的单个执行流，多线程是一个程序 中包含的多个同时运行的执行流。,5,线程与进程,进程：内核级的实体。包含虚存映象、文件指示符， 用户ID等。这些结构都在内核空间中，用户程序 只有通过系统调用才能访问与改变。 线程：用户级的实体。线程结构驻留在用户空间中， 能够被普通的用户级函数组成的线程库直接访问。 寄存器（栈指针，程序计数器）是线程专有的成分。 一个进程中的所有线程共享该进程的状态。,6,一个虚拟的CPU，,代码所操作的数据：数据也可以 被多个线程共享。,该CPU执行的代码： 代码与数据是相互独立的，代 码可以与其它线程共享。, Java 中线程被认为是一个CPU、程序代码、和数据 的封装体。,Java中的线程,7, Java.lang.Thread类使用户可以创建和控制自己的线程。 在Java中，虚拟CPU是自动封装进Thread类的实例中， 而Code和Data要通过一个对象传给Thread类的构造函数。,线程的构造,8,线程的创建, 线程的Code和Data构成线程体。线程体决定了线程的行为。 Java中线程体由Thread类的 run( ) 方法定义，该方法 定义了线程的具体行为并指定了线程要操作的数据。 有两种方式进行run( )方法的定义： 实现 Runnable 接口 继承 Thread 类,9, Runnable 接口只提供了一个public void run( )方法。 定义一个类实现Runnable接口。 将该类的实例作为参数传给Thread类的一个构造函数， 从而创建一个线程。,通过实现Runnable 接口创建线程,10,Public class ThreadTest public static void main(String args ) Xyz r= new Xyz( ); Thread t = new Thread( r ); t.start( ); Class Xyz implements Runnable int I ; public void run( ) while( true) System.out.println(“Hello”+I+); if (I=5) break ; ,线程创建示例,11,线程 t,Xyz类,Xyz的实例 r,一个线程就是Thread类的一个实例。 线程是从一个传递给线程的Runnable 实例的run( )方法开始执行。 线程所操作的数据是来自于该 Runnable 类的实例。,线程创建示例,12,通过继承Thread类创建线程, Thread 类本身实现了Runnable接口。 通过继承Thread类，重写其中的run( )方法定义线程体。 创建该子类的对象创建线程。 Public class Counter extends Thread public void run( ) 创建与运行线程： Counter ThreadCounter = new Counter( ); ThreadCounter.Start( );,13,线程两种创建方法比较,实现Runnable接口的优势： 符合OO设计的思想。 便于用extends继承其它类。 采用继承Thread类方法的优点：程序代码更简单。 提倡采用第一种方式。,14,线程的运行,新创建的线程不会自动运行。必须调用线程的start( )方法, 如： t.start( ) 该方法的调用把嵌入在线程中的虚拟CPU置为可运行 （Runnable)状态。 Runnable状态意味着该线程可以参加调度，被JVM运行， 并不意味着线程会立即执行。,15,线程调度与线程控制,线程调度策略 线程的基本控制,16,线程调度策略, Java中线程调度采用抢先式调度方法。 抢先式调度模式： 许多线程可能是可运行的，但只能有一个线程在运行。 该线程将持续运行，直到它自行中止或出现高优先级 线程成为可运行的，则该低优先级线程被高优先级线程 强占运行。 线程中止的原因可能有多种，如执行Thread.sleep( )调用， 或等待访问共享的资源。,17,线程的优先级,每个线程都有优先级，有缺省值，可用 SetPriority( )方法改变。 每个优先级有一个等待池：,pool,pool,pool,t1,t2,t3,.,18,线程调度策略, JVM先运行高优先级池中的线程，待该池空后才 考虑低优先级线程。 如果有高优先级线程成为可运行的，则运行它。 抢先式可能是分时的，即每个池中的线程轮流运行； 也可能不是，即线程逐个运行，由JVM而定。 线程一般可用sleep( )保证给其他线程运行时间。,19,线程的基本控制,结束线程 获取当前线程 测试线程 sleep( ) join( ) yield( ),20,结束线程,线程完成运行并结束后，将不能再运行。 除正常运行结束外，还可用其他方法控制使其停止。 用stop( )方法。 强行终止线程，容易造成线程的不一致。 使用标志flag。 通过设置flag 指明run( )方法应该结束。,21,结束线程,class Xyz implements Runnable private boolean timeToQuit = false; public void run( ) while(!timeToQuit) / clean up before run() ends . public void stopRunning( ) timeToQuit = true ; public class ControlThread public void main(String args) Runnable r = new Xyz( ) ; Thread t = new Thread( r) ; t.start(); r.stopRunning( ); ,22,获取当前线程,Thread 类的静态方法currentThread( )返回当前线程。,23,测试线程,当线程的状态未知时，用isAlive（ ）确定线程是 否活着。返回true 意味着线程已经启动，但还没有 运行结束。,24,Sleep( )方法,该方法用来使一个线程暂停运行一段固定的时间。 在线程睡眠时间内，将运行别的线程。 Sleep( ) 结束后，线程将进入Runnable状态。,25,join( ) 方法,t.join( )方法使当前的线程等待，直到 t 结束为止，线程 恢复到runnable状态。,Public void doTask() TimerThread tt= new TimerThread(100) ; tt.start( ) ; / Do stuff in parallel with the other thread for a while / Wait here for the timer thread to finish try tt.join( ); catch( InterruptedException e) / tt came back early / continue in this thread ,26,yield( )方法,调用该方法将CPU让给具有与当前线程相同优先级 的线程。 如果没有同等优先级的线程是Runnable状态， yield( )方法将什么也不做。,27,线程同步,线程间同步机制 线程间的交互wait( ) 和notify( ) 不建议使用的一些方法,28,多线程并发执行中的问题,多个线程相对执行的顺序是不确定的。 线程执行顺序的不确定性会产生执行结果的不确定性。 在多线程对共享数据 操作时常常会产生这种不确定性。,29,多线程并发执行中的问题,一个堆栈类： public class MyStack private int idx = 0 ; private char data = new char6 ; public void push( char c ) dataidx = c ; idx + ; / 栈顶指针指向下一个空单元 public char pop( ) idx- ; return dataidx ; ,30,多线程并发执行中的问题,线程 a,线程b,堆栈 s 状态,时刻t1,时刻t2,时刻t3,/调用s.Push( ); dataidx=r ;,/恢复运行 idx+ ;,/*线程a 被抢占 idx+; 未执行*/,. . .,！“q”被两次压栈； 线程a 压入的数据“r”丢失。,31,对象锁的概念, Java中每个对象都带有一个monitor标志， 相当于一个锁。 Sychronized关键字用来给对象加上独占的排它锁。,32,对象锁的操作,Public void push(char c) synchronized(this) dataidx = c ; idx+ ; ,33,Code or behavior,Data or state,Object this,Thread after synchronized(this),Public void push(char c) synchronized(this) dataidx = c ; idx+ ; ,对象锁的操作,34,示例,将MyStack 对栈的push,pop操作都采用这种机制：,public class MyStack public void push( char c ) synchronized(this) dataidx = c ; idx + ; public char pop( ) synchronized(this) idx- ; return dataidx ; ,35,线程 a,线程b,堆栈 s 状态,时刻t1,时刻t2,时刻t3,/*调 用s.push( ), 获得s的monitor后运行*/ dataidx=r ;,/*调用s.pop(),未获得s的monitor, b到s的lock pool中等待*/,/恢复运行 idx+ ; 。 /*完成，并交回S的 monitor*/,/线程a 被抢占,. . .,多线程对共享数据进行操作,时刻t4,/运行pop 得结果r,36,几点说明,如何返还对象的monitor 当synchronized( ) 语句块执行完毕后。 当在synchronized( ) 语句块中出现exception. 当调用该对象的wait( )方法。将该线程放入 对象的wait pool中，等待某事件的发生。,37,几点说明,对共享数据的所有访问都必须使用synchronized. 用synchronized保护的共享数据必须是私有的，使线程 不能直接访问这些数据，必须通过对象的方法。 如果一个方法的整体都在synchronized块中，则可以把 synchronized关键字放于方法定义的头部： public synchronized void push( char c) ,38,几点说明,public class Reentrant public synchronized void a() b(); System.out.println(“here I am, in a()“); public synchronized void b() System.out.println(“here I am, in b()“); ,Java运行系统允许已经拥有某个对象所的线程再次获得该对象的锁Java locks are reentrant.,39,避免死锁,死锁是指两个线程同时等待对方持有的锁。 死锁的避免完全由程序控制。 可以采用的方法： 如果要访问多个共享数据对象，则要从全局考虑定义 一个获得封锁的顺序，并在整个程序中都遵守这个 顺序。释放锁时，要按加锁的反序释放。,40,线程间的交互, Wait( ) 和notify( ) 线程在synchronized块中调用x.wait( )等待共享数据 的某种状态。该线程将放入对象x的wait pool, 并且将释 放x的monitor。 线程在改变共享数据的状态后，调用x.notify()，则对象 的wait pool中的一个线程将移入lock pool，等待x的monitor, 一旦获得便可以运行。 Notifyall( )把对象wait pool中的所有线程都移入lock pool。,41,示例-Producer/Consumer,Producer线程：每隔300ms产生一个字母压栈theStack ， 共200个。,Public void run( ) char c ; for(int I=0; I200; I+) c=(char)(math.random()*26+A); theStack.push( c); try Thread.sleep(300) ; catch(InterruptedException e) ,42,示例-Producer/Consumer,Consumer线程：从栈theStack中取200个字符，间隔300ms。,Public void run( ) char c ; for(int I=0; I200; I+) c = theStack.pop( ); try Thread.sleep(300) ; catch(InterruptedException e) ,43,示例-Producer/Consumer,堆栈类SyncStack: 为了保证共享数据一致性，push( ) 与pop( ) 定义成 synchronized； 为了实现Producer 与 Consumer之间的同步，加入 wait( ) 与notify( ) public class SyncStack private Vector buffer = new Vector(400,200) ; public synchronized char pop( ) ; public synchronized void push(char c) ,44,示例-Producer/Consumer,Pop( )方法： public synchronized char pop( ) char c ; while(buffer.size( ) =0) try this.wait( ); catch(InterruptedException e) c=( (Character)buffer.remover(buffer.size( )-1).charValue(); return c ; ,45,示例-Producer/Consumer,Push( )方法: public synchronized void push(char c) this.notify( ); Character charObj = new Character( c ); buffer.addElement( char Obj); ,46,不建议使用的方法, Stop( ) 线程强行终止，容易造成数据的不一致。 suspend( ) 和 resume( ) 使一个线程A可以通过调用B.suspend( )直接控制B的运行。 Suspend( )方法将不使B释放锁。容易发生死锁。建议使用 wait( )和notify( ).,47,线程状态与生命周期,Runnable,Running,Otherwise Blocked,Dead,Blocked in Objcets lock pool,Blocked inObjects wait pool,48,线程状态,几种基本状态new, Runnable, Running, Dead, Blocked等。 线程状态由线程控制方法，如sleep( ), join()或线程同步 控制方法引起变化。,49,线程分组（Grouping Threads）,线程组： 每个Java线程都是归属于一个线程组。线程组机制把多个线程集合为一个对象，从而可以实现对这些线程整体操作。 线程组由java.lang中的ThreadGroup 类实现。 线程属于某个线程组具有永久性。 缺省线程组 在Java Application启动时，运行系统创建缺省的线程组，称为main 。所有未指定组的线程，均属于该组。 未指定组的线程，将属于其“父线程”所在线程组。 创建属于线程组的线程 public Thread(ThreadGroup group, Runnable runnable) ； public Thread(ThreadGroup group, String name)； public Thread(ThreadGroup group, Runnable runnable, String name) ；,50,ThreadGroup 类,ThreadGroup 类的方法： Collection Management Methods：activeCount ，listCurrentThreads Methods that Operate on the Group： getMaxPriority ，getName Methods that Operate on All Threads within a Group：resume ，stop，suspend Access Restriction Methods：checkAccess,