sun認證考試經驗：多執行緒的幾種實現方法詳解

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

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效能的方法就是超執行緒CPU模式。那麼，作業系統、應用程式要發揮CPU的最大效能，就是要改變到以多執行緒程式設計模型為主的並行處理系統和併發式應用程式。

所以，掌握多執行緒程式設計模型，不僅是目前提高應用效能的手段，更是下一代程式設計模型的核心思想。多執行緒程式設計的目的，就是"最大限度地利用CPU資源"，當某一執行緒的處理不需要佔用CPU而只和I/O,OEMBIOS等資源打交道時，讓需要佔用CPU資源的其它執行緒有機會獲得CPU資源。從根本上說，這就是多執行緒程式設計的最終目的。

　　[第一需要弄清的問題]

如同程式和程序的區別，要掌握多執行緒程式設計，第一要弄清的問題是：執行緒物件和執行緒的區別。

執行緒物件是可以產生執行緒的物件。比如在java平臺中Thread物件，Runnable物件。執行緒，是指正在執行的一個指點令序列。在java平臺上是指從一個執行緒物件的start()開始，執行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。

天下難事必始於易，天下大事必始於細。

讓我們先從最簡單的"單執行緒"來入手：(1)帶引號說明只是相對而言的單執行緒，(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檔案，然後在命令列上敲入：

java BeginClass

現在發生了什麼呢?每一個java程式設計師，從他開始學習java的第一分鐘裡都會接觸到這個問題，但是，你知道它到底發生發什麼?

JVM程序被啟動，在同一個JVM程序中，有且只有一個程序，就是它自己。然後在這個JVM環境中，所有程式的執行都是以執行緒來執行。JVM最先會產生一個主執行緒，由它來執行指定程式的入口點。在這個程式中，就是主執行緒從main方法開始執行。當main方法結束後，主執行緒執行完成。JVM程序也隨之退出。

我們看到的是一個主執行緒在執行main方法，這樣的只有一個執行緒執行程式邏輯的流程我們稱

之為單執行緒。這是JVM提供給我們的單執行緒環境，事實上，JVM底層還至少有垃圾回收這樣的後臺執行緒以及其它非java執行緒，但這些執行緒對我們而言不可訪問，我們只認為它是單執行緒的。

主執行緒是JVM自己啟動的，在這裡它不是從執行緒物件產生的。在這個執行緒中，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。

　　[接觸多執行緒]

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");

}

}

執行這個程式，main方法第一行產生了一個執行緒物件，但並沒有執行緒啟動。

main方法第二行產生了一個執行緒物件，並啟動了一個執行緒。

main方法第三行，產生並啟動一個執行緒後，主執行緒自己也繼續執行其它語句。

我們先不研究Thread物件的具體內容，稍微來回想一下上面的兩個概念，執行緒物件和執行緒。在JAVA中，執行緒物件是JVM產生的一個普通的Object子類。而執行緒是CPU分配給這個物件的一個執行過程。我們說的這個執行緒在幹什麼，不是說一個執行緒物件在幹什麼，而是這個執行過程在幹什麼。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執行緒，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平臺的執行緒物件之前，我先插入兩個基本概念。

　　[執行緒的併發與並行]

在單CPU系統中，系統排程在某一時刻只能讓一個執行緒執行，雖然這種除錯機制有多種形式(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執行的執行緒讓其執行的方式就叫併發(concurrent)。而在多CPU系統中，可以讓兩個以上的執行緒同時執行，這種可以同時讓兩個以上執行緒同時執行的方式叫做並行(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，如果您看到我說的一些"標準"文件上說的不一樣，只要意思一致，那您就不要挑刺了。

　　[JAVA執行緒物件]

現在我們來開始考察JAVA中執行緒物件。

在JAVA中，要開始一個執行緒，有兩種方式。一是直接呼叫Thread例項的start()方法，二是

將Runable例項傳給一個Thread例項然後呼叫它的start()方法。

在前面已經說過，執行緒物件和執行緒是兩個完全不同的概念。這裡我們再次深入一下，生成一個執行緒的例項，並不代表啟動了執行緒。而啟動執行緒是說在某個執行緒物件上啟動了該例項對應的執行緒，當該執行緒結束後，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說了。既然是基礎知識，我也著重於從普通文件上讀不到的內容。所以本節我重點要說的是兩種執行緒物件產生執行緒方式的區別。

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的一個例項，然後呼叫它的start()方法，那麼就產生了這個例項對應的執行緒:

public class Test {

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

MyThread mt = new MyThread();

t();

}

}

不用說，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);

}

}

也不用說，在基礎篇(一)中我們知道由於單CPU的原因，一般會先列印101，然後列印0到99。不過我們可以控制執行緒讓它按我們的意思來執行:

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例項對應的執行緒(假如我有時說mt執行緒請你不要怪我，不過我儘量不這麼說)。在執行完成後，主執行緒才打印101。因為我們讓當前執行緒(這裡是主執行緒)等待mt執行緒的執行結束。"線上程物件a上呼叫join()方法，就是讓當前正在執行的執行緒等待執行緒物件a對應的執行緒執行完成後才繼續執行。" 請大家一定要深刻理解並熟記這句話，而我這裡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();

}

}

當執行緒物件mt執行完成後，我們讓主執行緒休息一下，然後我們再次在這個執行緒物件上啟動執行緒。結果我們看到:

Exception in thread "main" galThreadStateException

也就是這種執行緒物件一時執行一次完成後，它就再也不能執行第二次了。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的例項一旦呼叫start()方法，這個例項的started標記就標記為true，事實中不管這個執行緒後來有沒有執行到底，只要呼叫了一次start()就再也沒有機會運行了，這意味著:

　　[通過Thread例項的start()，一個Thread的例項只能產生一個執行緒]

那麼如果要在一個例項上產生多個執行緒(也就是我們常說的執行緒池)，我們應該如何做呢?這就是Runnable介面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的例項是可執行的，但它自己並不能直接執行，它需要被Thread物件來包裝才行執行:

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例項給Thread物件多次包裝，我們就可以看到它們實際是在同一例項上啟動執行緒:

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是例項物件，但結果是x被加到了999，說明這10個執行緒是在同一個r物件上執行的。請大家注意，因為這個例子是在單CPU上執行的，所以沒有對多個執行緒同時操作共同的物件進行同步。這裡是為了說明的方便而簡化了同步，而真正的環境中你無法預知程式會在什麼環境下執行，所以一定要考慮同步。

到這裡我們做一個完整的例子來說明執行緒產生的方式不同而生成的執行緒的區別:

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);//讓上面的執行緒執行完成