第08章.ppt

多线程编程概述
本节介绍多线程编程的基础知识,包括多线程的基本概念、Java的线程模型(线程优先级、同步性、消息传递)等方面的内容。
什么是多线程
Java线程模型
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什么是多线程
同其他大多数编程语言不同,Java内置支持多线程编程(multithreaded programming)。多线程程序包含两条或两条以上并发运行的部分,把程序中每个这样的部分都叫作一个线程(thread)。每个线程都有独立的执行路径,因此多线程是多任务处理的一种特殊形式。
读者可能知道多任务处理,它实际上被所有的现代操作系统所支持。然而,多任务处理有两种截然不同的类型:基于进程的和基于线程的。搞清楚两者的区别是很重要的。对大多数读者来说,基于进程的多任务处理是更熟悉的形式。进程(process)本质上是一个执行的程序。因此基于进程的多任务处理的特点是允许你的计算机同时运行两个或更多的程序。举例来说,基于进程的多任务处理使你在运用文本编辑器的时候可以同时运行Java编译器。在基于进程的多任务处理中,程序是调度程序所分派的最小代码单位。
而在基于线程(thread-based)的多任务处理环境中,线程是最小的执行单位。这意味着一个程序可以同时执行两个或者多个任务的功能。例如,一个文本编辑器可以在打印的同时格式化文本。所以,多进程程序处理“大图片”,而多线程程序处理细节问题。
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多线程程序比多进程程序需要更少的管理费用。进程是重量级的任务,需要分配给它们独立的地址空间。进程间通信是昂贵和受限的。进程间的转换也是很需要花费的。另一方面,线程是轻量级的选手。它们共享相同的地址空间并且共同分享同一个进程。线程间通信是便宜的,线程间的转换也是低成本的。当Java程序使用多进程任务处理环境时,多进程程序不受Java的控制,而多线程则受Java控制。
多线程可帮助你编写出CPU最大利用率的高效程序,使得空闲时间保持最低。这对Java运行的交互式的网络互连环境是至关重要的,因为空闲时间是公共的。例如,网络的数据传输速率远低于计算机处理能力,而本地文件系统资源的读写速度也远低于CPU的处理能力。当然,用户输入也比计算机慢很多。在传统的单线程环境中,程序必须等待每一个这样的任务完成以后才能执行下一步——尽管CPU有很多空闲时间。多线程使你能够获得并充分利用这些空闲时间。
Java线程模型
Java运行系统在很多方面依赖于线程,所有的类库设计都考虑到多线程。实际上,Java使用线程来使整个环境异步。这有利于通过防止CPU循环的浪费来减少无效部分。
为更好地理解多线程环境的优势,我们可以将它与它的对照物相比较。单线程系统的处理途径是使用一种叫作轮询的事件循环方法。在该模型中,单线程控制在一无限循环中运行,轮询一个事件序列来决定下一步做什么。一旦轮询装置返回信号表明已准备好读取网络文件,事件循环调度控制管理到适当的事件处理程序。直到事件处理程序返回,系统中没有其他事件发生。这就浪费了CPU时间。这导致了程序的一部分独占了系统,阻止了其他事件的执行。总的来说,单线程环境,当一个线程因为等待资源时阻塞(block,挂起执行),整个程序停止运行。
Java多线程的优点就在于取消了主循环/轮询机制。一个线程可以暂停而不影响程序的其他部分。例如,当一个线程从网络读取数据或等待用户输入时产生的空闲时间可以被利用到其他地方。多线程允许活的循环在每一帧间隙中沉睡一秒而不暂停整个系统。在Java程序中出现线程阻塞,仅有一个线程暂停,其他线程继续运行。
线程存在多种状态。线程可以正在运行(running),只要获得了CPU时间它就可以运行;运行的线程可以被挂起(suspend),并临时中断它的执行;一个挂起的线程可以被恢复(resume),允许它从停止的地方继续运行;一个线程可以在等待资源时被阻塞(block);在任何时候,线程可以被终止(terminate),这将立即中断运行。一旦终止,线程不能被恢复。线程的各状态间关系见教材P190页图8-1所示。
下面简要介绍与Java线程相关的几个概念
Java给每个线程安排优先级以决定与其他线程比较时该如何对待该线程。线程优先级是详细说明线程间优先关系的整数。作为绝对值,优先级是毫无意义的;当只有一个线程时,优先级高的线程并不比优先级低的线程运行的快。相反,线程的优先级是用来决定何时从一个运行的线程切换到另一个。这叫“上下文转换”(context switch)。决定上下文转换发生的规则很简单:
l线程可以自动放弃控制。在I/O未决定的情况下,睡眠或阻塞由明确的让步来完成。在这种假定下,所有其他的线程被检测,准备运行的最高优先级线程