sun認證考試經驗：多線程的幾種實現方法詳解

隨着CPU主頻的不斷攀升，X86架構的硬件已經成為瓶，在這種架構的CPU主頻最高為4G。事實上目前3.6G主頻的CPU已經接近了頂峯。

如果不能從根本上更新當前CPU的架構(在很長一段時間內還不太可能)，那麼繼續提高CPU性能的方法就是超線程CPU模式。那麼，作業系統、應用程序要發揮CPU的最大性能，就是要改變到以多線程編程模型為主的並行處理系統和併發式應用程序。

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佔用CPU而只和I/O,OEMBIOS等資源打交道時，讓需要佔用CPU資源的其它線程有機會獲得CPU資源。從根本上説，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別。

線程對象是可以產生線程的對象。比如在java平台中Thread對象，Runnable對象。線程，是指正在執行的一個指點令序列。在java平台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。

鑑於作者的.水平，無法用更確切的詞彙來描述它們的定義。但這兩個有本質區別的概念請初學者細細體會，隨着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。

天下難事必始於易，天下大事必始於細。

讓我們先從最簡單的"單線程"來入手：(1)帶引號説明只是相對而言的單線程，(2)基於java。

class BeginClass{

public static void main(String[] args){

for(int i=0;i<100;i++)

tln("Hello,World!");

}

}

如果我們成功編譯了該java文件，然後在命令行上敲入：

java BeginClass

現在發生了什麼呢?每一個java程序員，從他開始學習java的第一分鐘裏都會接觸到這個問題，但是，你知道它到底發生發什麼?

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。然後在這個JVM環境中，所有程序的運行都是以線程來運行。JVM最先會產生一個主線程，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方法結束後，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境，事實上，JVM底層還至少有垃圾回收這樣的後台線程以及其它非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，在這裏它不是從線程對象產生的。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容。

　　[接觸多線程]

class MyThread extends Thread{

public void run(){

tln("Thread say:Hello,World!");

}

}

public class MoreThreads{

public static void main(String[] args){

new MyThread();

new MyThread()t();

tln("Main say:Hello,World");

}

}

執行這個程序，main方法第一行產生了一個線程對象，但並沒有線程啟動。

main方法第二行產生了一個線程對象，並啟動了一個線程。

main方法第三行，產生並啟動一個線程後，主線程自己也繼續執行其它語句。

我們先不研究Thread對象的具體內容，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。我們説的這個線程在幹什麼，不是説一個線程對象在幹什麼，而是這個運行過程在幹什麼。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?為不麼不繼續了?

基於這種風格來介紹多線程，並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，那就看下一節吧。

在進入java平台的線程對象之前，我先插入兩個基本概念。

　　[線程的併發與並行]

在單CPU系統中，系統調度在某一時刻只能讓一個線程運行，雖然這種調試機制有多種形式(大多數是時間片輪巡為主)，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併發(concurrent)。而在多CPU系統中，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並行(parallel)。

在上面包括以後的所有論述中，請各位朋友諒解，我無法用最準確的詞語來定義儲如併發和並行這類術語，但我以我的經驗能通俗地告訴大家它是怎麼一回事，如果您看到我説的一些"標準"文檔上説的不一樣，只要意思一致，那您就不要挑刺了。

　　[JAVA線程對象]

現在我們來開始考察JAVA中線程對象。

在JAVA中，要開始一個線程，有兩種方式。一是直接調用Thread實例的start()方法，二是

將Runable實例傳給一個Thread實例然後調用它的start()方法。

在前面已經説過，線程對象和線程是兩個完全不同的概念。這裏我們再次深入一下，生成一個線程的實例，並不代表啟動了線程。而啟動線程是説在某個線程對象上啟動了該實例對應的線程，當該線程結束後，並不會就立即消失。

對於從很多書籍上可以看到的基礎知識我就不用多説了。既然是基礎知識，我也着重於從普通文檔上讀不到的內容。所以本節我重點要説的是兩種線程對象產生線程方式的區別。

class MyThread extends Thread{

public int x = 0;

public void run(){

for(int i=0;i<100;i++){

try{

p(10);

}catch(Exception e){}

tln(x++);

}

}

}

如果我們生成MyThread的一個實例，然後調用它的start()方法，那麼就產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();

t();

}

}

不用説，最終會打印出0到99，現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();

t();

tln(101);

}

}

也不用説，在基礎篇(一)中我們知道由於單CPU的原因，一般會先打印101，然後打印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();

t();

();

tln(101);

}

}

好了，我們終於看到，mt實例對應的線程(假如我有時説mt線程請你不要怪我，不過我儘量不這麼説)。在運行完成後，主線程才打印101。因為我們讓當前線程(這裏是主線程)等待mt線程的運行結束。"在線程對象a上調用join()方法，就是讓當前正在執行的線程等待線程對象a對應的線程運行完成後才繼續運行。" 請大家一定要深刻理解並熟記這句話，而我這裏引出這個知識點的目的是為了讓你繼續看下面的例子:

public class Test {

public static void main(String[] args) throws Exception{

MyThread mt = new MyThread();

t();

();

p(3000);

t();

}

}

當線程對象mt運行完成後，我們讓主線程休息一下，然後我們再次在這個線程對象上啟動線程。結果我們看到:

Exception in thread "main" galThreadStateException

也就是這種線程對象一時運行一次完成後，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:

public synchronized void start() {

if (started)

throw new IllegalThreadStateException();

started = true;

(this);

start0();

}

一個Thread的實例一旦調用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後來有沒有執行到底，只要調用了一次start()就再也沒有機會運行了，這意味着:

　　[通過Thread實例的start()，一個Thread的實例只能產生一個線程]

那麼如果要在一個實例上產生多個線程(也就是我們常説的線程池)，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{

p(10);

}catch(Exception e){}

tln(x++);

}

}

}

正如它的名字一樣，Runnable的實例是可運行的，但它自己並不能直接運行，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())t();

}

}

當然這個結果和t()沒有什麼區別。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)t();

}

}

x是實例對象，但結果是x被加到了999，説明這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。這裏是為了説明的方便而簡化了同步，而真正的環境中你無法預知程序會在什麼環境下運行，所以一定要考慮同步。

到這裏我們做一個完整的例子來説明線程產生的方式不同而生成的線程的區別:

package debug;

import .*;

import ad;

class MyThread extends Thread{

public int x = 0;

public void run(){

tln(++x);

}

}

class R implements Runnable{

private int x = 0;

public void run(){

tln(++x);

}

}

public class Test {

public static void main(String[] args) throws Exception{

for(int i=0;i<10;i++){

Thread t = new MyThread();

t();

}

p(10000);//讓上面的線程運行完成