如何使用Java编写多线程程序

　　一、简介
　　
　　1、什么是线程
　　
　　要说线程，就必须先说说进程，进程就是程序的运行时的一个实例。线程呢可以看作单独地占有CPU时间来执行相应的代码的。对早期的计算机（如DOS）而言，线程既是进程，进程既是进程，因为她是单线程的。当然一个程序可以是多线程的，多线程的各个线程看上去像是并行地独自完成各自的工作，就像一台一台计算机上运行着多个处理机一样。在多处理机计算机上实现多线程时，它们确实可以并行工作，而且采用适当的分时策略可以大大提高程序运行的效率。但是二者还是有较大的不同的，线程是共享地址空间的，也就是说多线程可以同时读取相同的地址空间，并且利用这个空间进行交换数据。
　　
　　2、为什么要使用线程
　　
　　为什么要使用多线程呢？学过《计算机体系结构》的人都知道。将顺序执行程序和采用多线程并行执行程序相比，效率是可以大大地提高的。比如，有五个线程thread1, thread2, thread3, thread4, thread5，所耗的CPU时间分别为4，5，1，2，7。（假设CPU轮换周期为4个CPU时间，而且线程之间是彼此独立的）顺序执行需要花费19个CPU时间，而并行需要的时间肯定少于19个CPU时间，至于具体多少时间要看那些线程是可以同时执行的。这是在非常小规模的情况下，要是面对大规模的进程之间的交互的话，效率可以表现得更高。
　　
　　3、java中是如何实现多线程的
　　
　　与其他语言不一样的是，线程的观念在java是语言中是重要的，根深蒂固的，因为在java语言中的线程系统是java语言自建的， java中有专门的支持多线程的API库，所以你可以以最快的速度写一个支持线程的程序。在使用java创建线程的时候，你可以生成一个Thread类或者他的子类对象，并给这个对象发送start()消息（程序可以向任何一个派生自 Runnable 接口的类对象发送 start() 消息的），这样一来程序会一直执行，直到run返回为止，此时该线程就死掉了。
　　
　　在java语言中，线程有如下特点：
　　
　　§ 在一个程序中而言，主线程的执行位置就是main。而其他线程执行的位置，程序员是可以自定义的。值得注意的是对Applet也是一样。
　　
　　§ 每个线程执行其代码的方式都是一次顺序执行的。
　　
　　§ 一个线程执行其代码是与其他线程独立开来的。如果诸线程之间又相互协作的话，就必须采用一定的交互机制。
　　
　　§ 前面已经说过，线程是共享地址空间的，如果控制不当，这里很有可能出现死锁。
　　
　　各线程之间是相互独立的，那么本地变量对一个线程而言就是完全独立，私有的。所以呢，线程执行时，每个线程都有各自的本地变量拷贝。对象变量(instance variable)在线程之间是可以共享的，这也就是为什么在java中共享数据对象是如此的好用，但是java线程不能够武断地访问对象变量：他们是需要访问数据对象的权限的。
　　
　　二、准备知识
　　
　　在分析这个例子之前，然我们先看看关于线程的几个概念，上锁，信号量，和java所提供的API。
　　
　　上锁
　　
　　对于大多数的程序而言，他们都需要线程之间相互的通讯来完成整个线程的生命周期，二实现线程之间同步的最简单的办法就是上锁。为了防止相互关联的两个线程之间错误地访问共享资源，线程需要在访问资源的时候上锁和解锁，对于锁而言，有读锁，写锁和读写锁等不同的同步策略。在java中，所有的对象都有锁；线程只需要使用synchronized关键字就可以获得锁。在任一时刻对于给定的类的实例，方法或同步的代码块只能被一个线程执行。这是因为代码在执行之前要求获得对象的锁。
　　
　　信号量
　　
　　通常情况下，多个线程所访问为数不多的资源，那怎么控制呢？一个比较非常经典而起非常简单的办法就是采用信号量机制。信号量机制的含义就是定义一个信号量，也就是说能够提供的连接数；当有一个线程占用了一个连接时，信号量就减一；当一个线程是放了连接时，信号量就加一。采用这种方法就可以简单有效地控制线程的同步问题，而且实现起来也特别方便。看下面的代码：
　　
　　class Semaphore {
　　private int count;
　　public Semaphore(int count) {
　　this.count = count;
　　}
　　
　　public synchronized void acquire() {
　　while(count == 0) {
　　try {
　　wait();
　　} catch (InterruptedException e) {
　　//keep trying
　　}
　　}
　　count--;
　　}
　　
　　public synchronized void release() {
　　count++;
　　notify(); //alert a thread that′s blocking on this semaphore
　　}
　　}
　　
　　java中提供了哪些api以编写多线程程序
　　
　　这里只列出几个常用的方法和属性值。
　　
　　属性值，有三个MAX_PRIORITY，MIN_PRIORITY，NORM_PRIORITY
　　
　　方法：
　　
　　Thread(); //建立一个线程
　　void run(); //对于一个继承了Runnable接口的class而言，
　　//他运行一个线程,否着他什么都不做
　　void setPriority(int newPriority); //设置优先级
　　void start(); //运行一个程序
　　void sleep(long millis); //线程睡眠millis毫秒
　　static void yield(); //临时pause一个程序以便起他线程运行
　　
　　三、程序示例
　　
　　例一、
　　
　　让我们看看下面的例子。取钱的流程是输入密码，然后确定要取得金额，如果所取的金额小于或等于可以取出的金额，WITHDRAW则返回TRUE，然后ATM机出钱，然后打印清单；否则返回FALSE，然后打印清单。如下图：
　　
　　public class AutomatedTellerMachine extends Teller {
　　public void withdraw(float amount) {
　　Account a = getAccount();
　　if (a.deduct(amount))
　　dispense(amount);
　　printReceipt();
　　}
　　}
　　
　　
　　public class Account {
　　private float total;
　　public boolean deduct(float t) {
　　if (t <= total) {
　　total -= t;
　　return true;
　　}
　　return false;
　　}
　　}
　　
　　就这个例子而言，假设有这种情况，对同一个账号可以在不同的地方取钱，在同一时间，不同地点，妻子和丈夫取钱，妻子输入了账号上的最大金额，丈夫也是一样，假如妻子输入后已经得到true的返回值，但是丈夫的线程所得到的值还没有更新，这样丈夫也能够得到true的返回值，这样就出现了问题！这个问题怎么解决呢？在java里面提供了控制机制以保证deduct操作时的原子性，那就是关键字synchronized。
　　
　　在Account的deduct方法加入synchronized就可以解决这个问题。
　　
　　例二、
　　
　　在这里我们用多线程中最典型的例子，生产者与消费者问题。在这个例子里面我们定义了生产者Producer，消费者Consumer和仓库Warehouse三个类，在整个程序的生命周期里，生产者随机地制造出产品放到仓库中，消费者也是随即地从仓库中取出产品。
　　
　　import exception.ProducerConsumerException;
　　
　　/**
　　* Consumer.java
　　* Consumer
　　* By: Jiabo
　　* Date: Mar 21, 2004
　　* Time: 2:47:58 PM
　　*/
　　public class Consumer extends Thread {
　　
　　private Warehouse warehouse;
　　private String id;
　　
　　public Consumer(Warehouse warehouse, String id) {
　　this.warehouse = warehouse;
　　this.id = id;
　　}
　　
　　public void run() {
　　
　　int tmp = (int) Math.random() * 10;
　　
　　try {
　　warehouse.get(tmp);
　　System.out.println("Consumer # " + this.id + " get " + tmp);
　　} catch (ProducerConsumerException e) {
　　e.printStackTrace();
　　}
　　
　　try {
　　sleep((int) (Math.random() * 100));
　　} catch (InterruptedException e) {
　　e.printStackTrace();
　　}
　　}
　　}
　　
　　在这个类中，值得注意的一点是run方法中必须使用try-catch，因为，消费者从仓库中取东西时有可能诸如仓库中的储量不够得异常，在消费者里面也是一样，只不过异常变为仓库已满。
　　
　　import exception.*;
　　
　　/**
　　* Producer.java
　　* Producer
　　* By: Jiabo
　　* Date: Mar 21, 2004
　　* Time: 2:47:45 PM
　　*/
　　public class Producer extends Thread {
　　
　　private Warehouse warehouse;
　　private String id;
　　
　　public Producer(Warehouse warehouse, String id) {
　　this.warehouse = warehouse;
　　this.id = id;
　　}
　　
　　public void run() {
　　
　　int tmp = (int) Math.random() * 10;
　　
　　if (tmp != 0) {
　　try {
　　warehouse.put(tmp);
　　System.out.println("Consumer # " + this.id + " put " + tmp);
　　} catch (ProducerConsumerException e) {
　　e.printStackTrace();
　　}
　　}
　　
　　try {
　　sleep((int) (Math.random() * 100));
　　} catch (InterruptedException e) {
　　e.printStackTrace();
　　}
　　}
　　}
　　
　　最重要的一部分在Warehouse类，如上所说为了保证get何set的原子性，在这里使用了synchronized关键字，并且在操作时抛出了可能跑出的异常。
　　
　　import exception.*;