Java线程编程全解析

### Java 线程编程全解析 #### 1. 线程编程基础示例 首先看一个简单的线程编程示例代码： ```java public static void main(String[] args) { Thread clock = new CountDownClock(); ArrayList<Runnable> events = new ArrayList<Runnable>(); events.add(new LaunchEvent(16, "Flood the pad!")); events.add(new LaunchEvent(6, "Start engines!")); events.add(new LaunchEvent(0, "Liftoff!")); clock.start(); for (Runnable e : events) new Thread(e).start(); } ``` 这个示例的优点是不需要为每个 `LaunchEvent` 创建单独的变量，但要记得添加 `import java.util.*` 来使用 `ArrayList` 类。 #### 2. 线程协作问题及解决方案 上述倒计时应用存在一个重大缺陷：`CountDownClock` 和 `LaunchEvent` 线程严格依赖时间来协调活动。线程启动后相互独立运行，时间的随机变化会导致线程行为改变。例如，多次运行程序时，“Start engines!” 消息有时在 “T minus 6” 消息之后出现，有时在之前出现，这在实际应用中可能会造成严重后果。 为了解决这个问题，我们需要让线程之间能够通信。改进后的代码如下： ```java import java.util.ArrayList; // version 2.0 of the Countdown application public class CountDownApp { public static void main(String[] args) { CountDownClock clock = new CountDownClock(20); ArrayList<Runnable> events = new ArrayList<Runnable>(); events.add(new LaunchEvent(16, "Flood the pad!", clock)); events.add(new LaunchEvent(6, "Start engines!", clock)); events.add(new LaunchEvent(0, "Liftoff!", clock)); clock.start(); for (Runnable e : events) new Thread(e).start(); } } interface TimeMonitor { int getTime(); } class CountDownClock extends Thread implements TimeMonitor { private int t; public CountDownClock(int start) { this.t = start; } public void run() { for (; t >= 0; t--) { System.out.println("T minus " + t); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) {} } } public int getTime() { return t; } } class LaunchEvent implements Runnable { private int start; private String message; TimeMonitor tm; public LaunchEvent(int start, String message, TimeMonitor monitor) { this.start = start; this.message = message; this.tm = monitor; } public void run() { boolean eventDone = false; while (!eventDone) { try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) {} if (tm.getTime() <= start) { System.out.println(this.message); eventDone = true; } } } } ``` 这个改进版本的主要亮点如下： - 第 8 行：`CountDownClock` 类的构造函数现在接受一个参数来指定倒计时的起始时间，这里指定为 20 秒。 - 第 10 行：使用 `ArrayList` 来存储每个发射事件。 - 第 12 行：创建 `LaunchEvent` 对象时，将 `CountDownClock` 对象作为参数传递给其构造函数，以便在必要时调用时钟的 `abort` 方法。 - 第 19 行：启动时钟线程。 - 第 21 行：使用增强的 `for` 循环启动线程来运行 `LaunchEvent` 对象。 - 第 26 行：`TimeMonitor` 接口定义了一个 `getTime` 方法，用于获取时钟的当前状态。 - 第 31 行：`CountDownClock` 类实现了 `TimeMonitor` 接口。 - 第 33 行：使用私有字段 `t` 来存储倒计时的当前值。 - 第 35 行：`CountDownClock` 类的构造函数接受倒计时的起始时间作为参数。 - 第 42 行：`run` 方法中的 `for` 循环测试并递减 `t` 变量。 - 第 54 行：`getTime` 方法简单地返回 `t` 变量的值。 - 第 60 行：`LaunchEvent` 类的开始。 - 第 64 行：使用 `TimeMonitor` 类型的私有字段来访问倒计时时钟。 - 第 81 行：`while` 循环中调用 `Thread.sleep` 方法，每 10 毫秒检查一次倒计时时钟。 - 第 85 行：调用倒计时时钟的 `getTime` 方法，判断是否到了启动事件的时间。 下面是这个改进版本的流程图： ```mermaid graph TD; A[开始] --> B[创建 CountDownClock 对象]; B --> C[创建 ArrayList 存储事件]; C --> D[添加 LaunchEvent 对象到 ArrayList]; D --> E[启动时钟线程]; E --> F[启动 LaunchEvent 线程]; F --> G[时钟线程开始倒计时]; G --> H[LaunchEvent 线程每 10 毫秒检查时间]; H --> I{是否到时间}; I -- 是 --> J[显示消息并结束线程]; I -- 否 --> H; G --> K{倒计时是否结束}; K -- 否 --> G; K -- 是 --> L[结束程序]; ``` #### 3. 使用 Executor 早期的 Java 线程机制比较原始，从 Java 1.5 开始，Java API 增加了许多用于精细控制线程运行的类。下面是使用 Java 1.5 线程类的新倒计时应用示例： ```java import java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor; import java.util.concurrent.TimeUnit; class CountDownAppNew { public static void main(String[] args) { ScheduledThreadPoolExecutor pool = new ScheduledThreadPoolExecutor(25); Runnable flood, ignition, liftoff; flood = new LaunchEventNew("Flood the pad!"); ignition = new LaunchEventNew("Start engines!"); liftoff = new LaunchEventNew("Liftoff!"); for (int t = 20; t >= 0; t--) pool.schedule(new CountDownClockNew(t), (long) (20 - t), TimeUnit.SECONDS); pool.schedule(flood, 3L, TimeUnit.SECONDS); pool.schedule(ignition, 13L, TimeUnit.SECONDS); pool.schedule(liftoff, 19L, TimeUnit.SECONDS); pool.shutdown(); } } class CountDownClockNew implements Runnable { int t; public CountDownClockNew(int t) { this.t = t; } public void run() { System.out.println(" ```