Java 并发编程实战:如何创建并运行java线程

在计算机世界中,并发是指一系列相互无关的任务在一台计算机上同时运行。对于有多个处理器或者多核处理器的计算机来说，这个同时性是真实发生的。然而,对于只有单核处理器的计算机来说,它仅仅是表面现象。

所有现代操作系统均支持并发地执行任务。用户可以在听音乐或者浏览网页的同时阅读邮件。这种并发是进程级别的并发。在同一进程内,也可以有多种同时运行的子任务,我们将这些并发的子任务称为线程。与并发性有关的另一个概念是并行性( parallelism )。虽然它与并发性的概念不同,但是有一定联系。一些学者认为,当多线程应用程序运行在单核处理器上时,程序就是并发运行的;当多线程应用程序运行在多个处理器或者多核处理器上时,程序就是并行运行的。还有一些学者认为,多线程应用程序的线程执行顺序若不是预先定义的,程序就是并发运行的;如果多线程应用程序的线程按照指定顺序执行,那么这个程序就是并行运行的。

本章介绍了如何使用Java 9 API来进行基本的线程操作,包括创建和运行线程、处理线程内抛出的异常、将线程分组,并将分组作为一个整体处理组内的线程。

1.2线程的创建、运行和设置

本节介绍如何使用Java APl对线程进行基本的操作。与Java语言中的基本元素一样,线程也是对象(Object )。在Java中,创建线程的方法有以下两种。

直接继承Thread类,然后重写run()方法。

构建一个实现Runnable接口的类并重写run()方法,然后创建该类的实例对象,并以其作为构造

参数去创建Thread类的对象。建议首选这种方法,因为它可以带来更多的扩展性。

在本节中,我们将采用第二种方法创建线程,然后学习如何改变线程的属性。Thread类包含如下一些信息属性,它们能够辅助区分不同的线程、反映线程状态、控制其优先级等。

ID:该属性存储了每个线程的唯一标识符。

Name :该属性存储了线程的名字。

Priority:该属性存储了 Thread对象的优先级。在Java 9中,线程优先级的范围为1-10 ,其中1表示最低优先级, 10表示最高优先级。通常不建议修改线程的优先级。线程优先级仅供底层操作系统作为参考,不能保证任何事情,如果一定要修改,请知晓优先级仅仅代表了一种可能性。

Status :该属性保存了线程的状态。在Java中,线程有6种状态-Thread.State枚举中定义这些状态: NEW、 RUNABLE 、 BLOCKED 、wAITING、TIMED_MAIING和TERMINATED 。这些状态的具体意义如下。

NEW: 线程已经创建完毕但未开始执行。

RUNNABLE: 线程正在JVM中执行。

BLOCKED: 线程处于阻塞状态,并且等待获取监视器。

WAITING: 线程在等待另一个线程。

TIMED-MAITING: 线程等待另一个线程一定的时间。

TERMTNATED: 线程执行完毕。

本节将在一个案例中创建10个线程来找出20000以内的奇数。

项目准备

本案例是用Eclipse IDE实现的。如果开发者使用Eclipse或者其他IDE (例如NetBeans ) ,则应打开它并创建一个新的Java项目。

案例实现

根据如下步骤实现本案例

1,创建一个名为calculator的类,并实现Runnable接口:

Public class Calculator implements Runnable{

2,实现run()方法。在这个方法中,存放着线程将要运行的指令。在这里,这个方法用来计算20000以内的奇数

@Override
public void run()
long current =1L;
long max =20000L;
long numPrimes = OL;
System.out.printf("Thread '%s': START\n"
Thread.currentThread().getName());
while (current <=max)
if (isPrime(current)){
numPrimes++;
}
current++;
}
System.out.printf("Thread '%s'; END. Number of Primes: %d\n"
Thread.currentThread() .getName(), numPrimes);
}

3.实现辅助方法isprime() 。该方法用于判断一个数是否为奇数:

private boolean isPrime (long number) {
if (number <=2){
return true;
}
for (long i =2; i<inumber; i++){
if ((number % i) ==0){
return false;
}
return true;
}
}

4,实现应用程序的主方法,创建包含main()方法的Main类:

public class Main {
public static void main(String[] args) {

5,首先,输出线程的最大值、最小值和默认优先级:

System.out.printf("minimum Priority: %s\n",
Thread.MIN_PRIORITY);
System.out, printf{"Normal Priority: %s\n",
Thread. NORM_PRIORITY);
System.out.printf("Maximun Priority: %s\n",
Thread.MAX_PRIORITY);

6,创建10个 Thread对象,分别用来执行10个 calculator 任务。再创建两个数组,用来保存

Thread 对象及其State 对象。后续我们将用这些信息来查看线程的状态。这里将5个线程设置为最大优先级,另5个线程设置为最小优先级:

Thread threads [];
Thread,state status[];
threads = new Threadr10];
status = new Thread.Stater[10];
for (int i = 0; i < 10; i++){
threads[i] = new Thread (new Calculator());
ir ((i% 2) ==0) {
threads [i].setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
}else{
threads[i].setpriority(Thread.MIN_PRIORITY));
}
threads[i].setName("My Thread"+i);
}

7,接着将一些必要的信息保存到文件中,因此需要创建try-with-resources语句来管理文件。在这个代码块中,先将线程启动前的状态写入文件,然后启动线程:

try (Filewriter file = new Filewriter(".\\data\\log.txt");
Printwriter pw = new Printwriter(file);){
for (int i =0; i <10; i|++){
pw.println("Main : Status of Thread "+i+":"+
threads[i].getstate());
status[i] = threads[i].getstate();
}
for (int i =0; i < 10; i++){
threads[i].start();
}

8,等待线程运行结束。在1.6节中,我们将用join()方法来等待线程结束。本案例中,由于我们需要记录线程运行过程中状态的转变,因此不能使用join()方法来等待线程结束,而应使用如下代码:

boolean finish = false:
while (!finish){
for (int i =0; i<10; i++){
if (threads[i].getstate() != status[i]) {
writeThreadInfo(pw, threads[i], status [i]);
status[i] = threads[i].getstate();
}
}
finish =true;
for (int i =0; i<10; i++) {
finish =finish && (threads[i].getstate() ==
State. TERMINATED);
}
}
}catch (IOException e){
e.printstackTrace();
}
}

9,在上述代码中,我们通过调用writeThreadInfo()方法来将线程信息记录到文件中。代码如下:

private static void writeThreadInfo(PrintWriter pw,
Thread thread,
state state) {
pw.printf("Main: Id %d -%s\n", thread.getId(),
thread.getName());
pw.printf("Main: priority:%d\n", thread.getPriority());
pw.printf ("Main: Old state: %s\n", state);
pw.printf ("Main: New State: %s\n", thread.getstate());
pw.printf("Main :***********************************************\n");
}

10,运行程序,然后观察不同的线程是如何同时运行的。

结果分析

下图是程序在控制台的输出，从中可以看到，线程正在并行处理各自的工作。

从下面的屏幕截图中可以看到线程是如何创建的，拥有高优先级的偶数编号线程比低级优先级的奇数编号线程优先执行。该截图来自记录线程状态的log.tet文件。

每个Java应用程序都至少有一个执行线程。在程序启动时, JVM会自动创建执行线程运行程序的main()方法

当调用Thread 对象的start()方法时,JVM才会创建一个执行线程。也就是说,每个Thread对象的start()方法被调用时,才会创建开始执行的线程。

Thread类的属性存储了线程所有的信息。操作系统调度执行器根据线程的优先级,在某个时刻选择一个线程使用CPU ,并且根据线程的具体情况来实现线程的状态。

如果没有指定线程的名字,那么JVM会自动按照Thread -xx格式为线程命名,其中xx是一个数字。线程的ID和状态是不可修改的,事实上, Thread类也没有实现setIa()和setstatus()方法,因为它们会引入对ID和状态的修改。

一个Java程序将在所有线程完成后结束。初始线程(执行main()方法的线程)完成,其他线程仍会继续执行直到完成。如果一个程调用system.exit()命令去结束程序,那么所有线程将会止各自的运行。

创建一个Thread对象并不意味着会创建一个新的执行线程。同样,调用实现Runnable接口类的run()方法也不会创建新的执行线程。只有调用了start()方法,一个新的执行线程才会真正创建。

其他说明

正如本节开头所说,还有另一种创建执行线程的方法——实现一个继承Thread的类,并重写其

run()方法,创建该类的对象后,调用start()方法即可创建执行线程。

可以使用Thread类的静态方法 currentThread()来获取当前运行线程的Thread对象。

调用setpriority()方法时,需要对其抛出的IllegalArgumentException 异常进行处理,以防传入的优先级不在合法范围内(1和10之间)。

本文节选自《Java 9 并发编程实战》

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