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sun認證考試經(jīng)驗：多線程的幾種實現(xiàn)方法詳解
隨著CPU主頻的不斷攀升，X86架構(gòu)的硬件已經(jīng)成為瓶，在這種架構(gòu)的CPU主頻最高為4G。事實上目前3.6G主頻的CPU已經(jīng)接近了頂峰。
如果不能從根本上更新當前CPU的架構(gòu)(在很長一段時間內(nèi)還不太可能)，那么繼續(xù)提高CPU性能的方法就是超線程CPU模式。那么，作業(yè)系統(tǒng)、應用程序要發(fā)揮CPU的最大性能，就是要改變到以多線程編程模型為主的并行處理系統(tǒng)和并發(fā)式應用程序。
所以，掌握多線程編程模型，不僅是目前提高應用性能的手段，更是下一代編程模型的核心思想。多線程編程的目的，就是"最大限度地利用CPU資源"，當某一線程的處理不需要占用CPU而只和I/O,OEMBIOS等資源打交道時，讓需要占用CPU資源的其它線程有機會獲得CPU資源。從根本上說，這就是多線程編程的最終目的。
[第一需要弄清的問題]
如同程序和進程的區(qū)別，要掌握多線程編程，第一要弄清的問題是：線程對象和線程的區(qū)別。
線程對象是可以產(chǎn)生線程的對象。比如在java平臺中Thread對象，Runnable對象。線程，是指正在執(zhí)行的一個指點令序列。在java平臺上是指從一個線程對象的start()開始，運行run方法體中的那一段相對獨立的過程。
鑒于作者的水平，無法用更確切的詞匯來描述它們的定義。但這兩個有本質(zhì)區(qū)別的概念請初學者細細體會，隨著介紹的深入和例程分析的增加，就會慢慢明白它們所代表的真實含義。
天下難事必始于易，天下大事必始于細。
讓我們先從最簡單的"單線程"來入手：(1)帶引號說明只是相對而言的單線程，(2)基于java。
class BeginClass{
public static void main(String[] args){
for(int i=0;i<100;i++)
System.out.println("Hello,World!");
}
}
如果我們成功編譯了該java文件，然后在命令行上敲入：
java BeginClass
現(xiàn)在發(fā)生了什么呢?每一個java程序員，從他開始學習java的第一分鐘里都會接觸到這個問題，但是，你知道它到底發(fā)生發(fā)什么?
JVM進程被啟動，在同一個JVM進程中，有且只有一個進程，就是它自己。然后在這個JVM環(huán)境中，所有程序的運行都是以線程來運行。JVM最先會產(chǎn)生一個主線程，由它來運行指定程序的入口點。在這個程序中，就是主線程從main方法開始運行。當main方法結(jié)束后，主線程運行完成。JVM進程也隨之退出。
我們看到的是一個主線程在運行main方法，這樣的只有一個線程執(zhí)行程序邏輯的流程我們稱
之為單線程。這是JVM提供給我們的單線程環(huán)境，事實上，JVM底層還至少有垃圾回收這樣的后臺線程以及其它非java線程，但這些線程對我們而言不可訪問，我們只認為它是單線程的。
主線程是JVM自己啟動的，在這里它不是從線程對象產(chǎn)生的。在這個線程中，它運行了main方法這個指令序列。理解它，但它沒有更多可以研究的內(nèi)容。
[接觸多線程]
class MyThread extends Thread{
public void run(){
System.out.println("Thread say:Hello,World!");
}
}
public class MoreThreads{
public static void main(String[] args){
new MyThread();
new MyThread().start();
System.out.println("Main say:Hello,World");
}
}
執(zhí)行這個程序，main方法第一行產(chǎn)生了一個線程對象，但并沒有線程啟動。
main方法第二行產(chǎn)生了一個線程對象，并啟動了一個線程。
main方法第三行，產(chǎn)生并啟動一個線程后，主線程自己也繼續(xù)執(zhí)行其它語句。
我們先不研究Thread對象的具體內(nèi)容，稍微來回想一下上面的兩個概念，線程對象和線程。在JAVA中，線程對象是JVM產(chǎn)生的一個普通的Object子類。而線程是CPU分配給這個對象的一個運行過程。我們說的這個線程在干什么，不是說一個線程對象在干什么，而是這個運行過程在干什么。如果一時想不明白，不要急，但你要記得它們不是一回事就行了。
累了吧?為不么不繼續(xù)了?
基于這種風格來介紹多線程，并不是每個人都喜歡和接受的，如果你不喜歡，正好不浪費你的時間了，而如果你接受的話，那就看下一節(jié)吧。
在進入java平臺的線程對象之前，我先插入兩個基本概念。
[線程的并發(fā)與并行]
在單CPU系統(tǒng)中，系統(tǒng)調(diào)度在某一時刻只能讓一個線程運行，雖然這種調(diào)試機制有多種形式(大多數(shù)是時間片輪巡為主)，但無論如何，要通過不斷切換需要運行的線程讓其運行的方式就叫并發(fā)(concurrent)。而在多CPU系統(tǒng)中，可以讓兩個以上的線程同時運行，這種可以同時讓兩個以上線程同時運行的方式叫做并行(parallel)。
在上面包括以后的所有論述中，請各位朋友諒解，我無法用最準確的詞語來定義儲如并發(fā)和并行這類術(shù)語，但我以我的經(jīng)驗能通俗地告訴大家它是怎么一回事，如果您看到我說的一些"標準"文檔上說的不一樣，只要意思一致，那您就不要挑刺了。
[JAVA線程對象]
現(xiàn)在我們來開始考察JAVA中線程對象。
在JAVA中，要開始一個線程，有兩種方式。一是直接調(diào)用Thread實例的start()方法，二是
將Runable實例傳給一個Thread實例然后調(diào)用它的start()方法。
在前面已經(jīng)說過，線程對象和線程是兩個完全不同的概念。這里我們再次深入一下，生成一個線程的實例，并不代表啟動了線程。而啟動線程是說在某個線程對象上啟動了該實例對應的線程，當該線程結(jié)束后，并不會就立即消失。
對于從很多書籍上可以看到的基礎知識我就不用多說了。既然是基礎知識，我也著重于從普通文檔上讀不到的內(nèi)容。所以本節(jié)我重點要說的是兩種線程對象產(chǎn)生線程方式的區(qū)別。
class MyThread extends Thread{
public int x = 0;
public void run(){
for(int i=0;i<100;i++){
try{
Thread.sleep(10);
}catch(Exception e){}
System.out.println(x++);
}
}
}
如果我們生成MyThread的一個實例，然后調(diào)用它的start()方法，那么就產(chǎn)生了這個實例對應的線程:
public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception{
MyThread mt = new MyThread();
mt.start();
}
}
不用說，最終會打印出0到99，現(xiàn)在我們稍微玩一點花樣:
public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception{
MyThread mt = new MyThread();
mt.start();
System.out.println(101);
}
}
也不用說，在基礎篇(一)中我們知道由于單CPU的原因，一般會先打印101，然后打印0到99。不過我們可以控制線程讓它按我們的意思來運行:
public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception{
MyThread mt = new MyThread();
mt.start();
mt.join();
System.out.println(101);
}
}
好了，我們終于看到，mt實例對應的線程(假如我有時說mt線程請你不要怪我，不過我盡量不這么說)。在運行完成后，主線程才打印101。因為我們讓當前線程(這里是主線程)等待mt線程的運行結(jié)束。"在線程對象a上調(diào)用join()方法，就是讓當前正在執(zhí)行的線程等待線程對象a對應的線程運行完成后才繼續(xù)運行。" 請大家一定要深刻理解并熟記這句話，而我這里引出這個知識點的目的是為了讓你繼續(xù)看下面的例子:
public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception{
MyThread mt = new MyThread();
mt.start();
mt.join();
Thread.sleep(3000);
mt.start();
}
}
當線程對象mt運行完成后，我們讓主線程休息一下，然后我們再次在這個線程對象上啟動線程。結(jié)果我們看到:
Exception in thread "main" java.lang.IllegalThreadStateException
也就是這種線程對象一時運行一次完成后，它就再也不能運行第二次了。我們可以看一下它有具體實現(xiàn):
public synchronized void start() {
if (started)
throw new IllegalThreadStateException();
started = true;
group.add(this);
start0();
}
一個Thread的實例一旦調(diào)用start()方法，這個實例的started標記就標記為true，事實中不管這個線程后來有沒有執(zhí)行到底，只要調(diào)用了一次start()就再也沒有機會運行了，這意味著:
[通過Thread實例的start()，一個Thread的實例只能產(chǎn)生一個線程]
那么如果要在一個實例上產(chǎn)生多個線程(也就是我們常說的線程池)，我們應該如何做呢?這就是Runnable接口給我們帶來的偉大的功能。
class R implements Runnable{
private int x = 0;
public void run(){
for(int i=0;i<100;i++){
try{
Thread.sleep(10);
}catch(Exception e){}
System.out.println(x++);
}
}
}
正如它的名字一樣，Runnable的實例是可運行的，但它自己并不能直接運行，它需要被Thread對象來包裝才行運行:
public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception{
new Thread(new R()).start();
}
}
當然這個結(jié)果和mt.start()沒有什么區(qū)別。但如果我們把一個Runnable實例給Thread對象多次包裝，我們就可以看到它們實際是在同一實例上啟動線程:
public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception{
R r = new R();
for(int i=0;i<10;i++)
new Thread(r).start();
}
}
x是實例對象，但結(jié)果是x被加到了999，說明這10個線程是在同一個r對象上運行的。請大家注意，因為這個例子是在單CPU上運行的，所以沒有對多個線程同時操作共同的對象進行同步。這里是為了說明的方便而簡化了同步，而真正的環(huán)境中你無法預知程序會在什么環(huán)境下運行，所以一定要考慮同步。
到這里我們做一個完整的例子來說明線程產(chǎn)生的方式不同而生成的線程的區(qū)別:
package debug;
import java.io.*;
import java.lang.Thread;
class MyThread extends Thread{
public int x = 0;
public void run(){
System.out.println(++x);
}
}
class R implements Runnable{
private int x = 0;
public void run(){
System.out.println(++x);
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception{
for(int i=0;i<10;i++){
Thread t = new MyThread();
t.start();
}
Thread.sleep(10000);//讓上面的線程運行完成
R r = new R();
for(int i=0;i<10;i++){
Thread t = new Thread(r);
t.start();
}
}
}
上面10個線程對象產(chǎn)生的10個線程運行時打印了10次1。下面10個線程對象產(chǎn)生的10個線程運行時打印了1到10。我們把下面的10個線程稱為同一實例(Runnable實例)的多個線程。
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