Java多线程编程全解析

### Java多线程编程全解析 #### 1. 多线程实现方式 在Java中，实现多线程主要有两种方式：继承`Thread`类和实现`Runnable`接口。 ##### 1.1 继承`Thread`类 - **`run`方法的作用**：`run`方法指定了线程要执行的操作，类似于应用程序中的`main`方法。但`run`方法不能直接调用，而是通过调用`start`方法，由`start`方法自动调用`run`方法。 - **线程的构造方法**：`Thread`类有七个构造方法，常用的有`Thread()`和`Thread(String <name>)`。前者系统会自动生成形如`Thread-n`的线程名，后者可以通过参数指定线程名。可以使用`getName`方法获取线程名。 ```java Thread firstThread = new Thread(); Thread secondThread = new Thread("namedThread"); System.out.println(firstThread.getName()); System.out.println(secondThread.getName()); ``` 输出结果： ``` Thread-0 namedThread ``` - **`sleep`方法**：用于使线程暂停指定的毫秒数，例如`myThread.sleep(1500)`会使线程暂停1.5秒。线程暂停时，其他线程可以执行，暂停时间结束后，线程回到就绪状态等待处理器。 - **`interrupt`方法**：用于中断单个线程，可用于在睡眠线程的睡眠时间到期前将其“唤醒”。由于`sleep`方法在被其他线程中断时会抛出`InterruptedException`异常，因此必须在`try`块中调用。 - **示例代码**：以下是一个简单的示例，两个线程分别显示自己的名称十次，使用`Math.random()`方法生成随机的睡眠时间，避免输出模式单一。 ```java public class ThreadShowName extends Thread { public static void main (String[] args) { ThreadShowName thread1, thread2; thread1 = new ThreadShowName(); thread2 = new ThreadShowName(); thread1.start(); //Will call run. thread2.start(); //Will call run. } public void run() { int pause; for (int i=0; i<10; i++) { try { System.out.println( getName()+" being executed."); pause = (int)(Math.random()*3000); sleep(pause); //0-3 seconds. } catch (InterruptedException interruptEx) { System.out.println(interruptEx); } } } } ``` - **不同任务的线程实现**：如果需要线程执行不同的任务，需要为每个线程创建单独的类，并实现各自的`run`方法。例如，一个线程显示“Hello”五次，另一个线程输出整数1 - 5。 ```java public class ThreadHelloCount { public static void main(String[] args) { HelloThread hello = new HelloThread(); CountThread count = new CountThread(); hello.start(); count.start(); } } class HelloThread extends Thread { public void run() { int pause; for (int i=0; i<5; i++) { try { System.out.println("Hello!"); pause = (int)(Math.random()*3000); sleep(pause); } catch (InterruptedException interruptEx) { System.out.println(interruptEx); } } } } class CountThread extends Thread { int pause; public void run() { for (int i=0; i<5; i++) { try { System.out.println(i); pause=(int)(Math.random()*3000); sleep (pause); } catch (InterruptedException interruptEx) { System.out.println(interruptEx); } } } } ``` ##### 1.2 实现`Runnable`接口 - **实现步骤**：首先创建一个显式实现`Runnable`接口的应用类，然后创建该类的对象，并将其作为参数传递给`Thread`类的构造方法，从而创建线程。`Thread`类有两个构造方法可以实现这一点：`Thread (Runnable <object>)`和`Thread(Runnable <object>, String <name>)`。 - **示例代码**：以下示例与`ThreadShowName`具有相同的效果，但由于线程对象不是`Thread`类的实例，不能直接使用`getName`和`sleep`方法，需要通过`Thread`类的静态方法`currentThread`和`sleep`来实现。 ```java public class RunnableShowName implements Runnable { public static void main(String[] args) { Thread thread1 = new Thread(new RunnableShowName()); Thread thread2 = new Thread(new RunnableShowName()); thread1.start(); thread2.start(); } public void run() { int pause; for (int i=0; i<10; i++) { try { System.out.println( Thread.currentThread().getName() + " being executed."); pause = (int)(Math.random() * 3000); Thread.sleep(pause); } catch (InterruptedException interruptEx) { System.out.println(interruptEx); } } } } ``` 也可以将线程对象声明为实现`Runnable`接口的类的属性，在构造方法中创建并启动线程。 ```java public class RunnableHelloCount implements Runnable { private Thread thread1, thread2; public static void main(String[] args) { RunnableHelloCount threadDemo = new RunnableHelloCount(); } public RunnableHelloCount() { thread1 = new Thread(this); thread2 = new Thread(this); thread1.start(); thread2.start(); } public void run() { int pause; for (int i=0; i<10; i++) { try { System.out.println( Thread.currentThread().getName() + " being executed."); pause = (int)(Math.random()*3000); Thread.sleep(pause); } catch (InterruptedException interruptEx) { System.out.println(interruptEx); } } } } ``` #### 2. 多线程服务器 传统的服务器程序一次只能处理一个连接，这在实际应用中是不可行的。解决方法有两种：使用非阻塞服务器和使用多线程服务器。在J2SE 1.4之前，Java没有专门的非阻塞I/O支持，因此多线程服务器是唯一可行的选择。 ##### 2.1 多线程服务器的优点 - **实现清晰**：将分配连接的任务与处理每个连接的任务分开。 - **健壮性强**：一个连接出现问题不会影响其他连接。 ##### 2.2 多线程服务器的基本原理 多线程服务器的基本技术涉及两个阶段的过程： 1. 主线程（在`main`方法中自动运行的线程）为传入的客户端分配单独的线程。 2. 分配给每个客户端的线程通过其`run`方法处理该客户端与服务器之间的所有后续交互。 以下是一个使用多线程的回显服务器示例： ```java import java.io.*; import java.net.*; public class MultiEchoServer { private static ServerSocket serverSocket; private static final int PORT = 1234; public static void main(String[] args) throws IOException { try { serverSocket = new ServerSocket(PORT); } catch (IOException ioEx) { System.out.println("\nUnable to set up port!"); System.exit(1); } do { Socket client = serverSocket.accept(); System.out.println("\nNew client accepted.\n"); ClientHandler handler = new ClientHandler(client); handler.start(); }while (true); } } class ClientHandler extends Thread { pr ```