JAVA多线程的问题以及处理（二）【转】

使用互斥解决多线程问题是一种简单有效的解决办法，但是由于该方法比较简单，所以只能解决一些基本的问题，对于复杂的问题就无法解决了。

         解 决多线程问题的另外一种思路是同步。同步是另外一种解决问题的思路，结合前面卫生间的示例，互斥方式解决多线程的原理是，当一个人进入到卫生间内部时，别 的人只能在外部时刻等待，这样就相当于别的人虽然没有事情做，但是还是要占用别的人的时间，浪费系统的执行资源。而同步解决问题的原理是，如果一个人进入 到卫生间内部时，则别的人可以去睡觉，不占用系统资源，而当这个人从卫生间出来以后，把这个睡觉的人叫醒，则它就可以使用临界资源了。所以使用同步的思路 解决多线程问题更加有效，更加节约系统的资源。

 

         在常见的多线程问题解决中，同步问题的典型示例是“生产者-消费者”模型，也就是生产者线程只负责生产，消费者线程只负责消费，在消费者发现无内容可消费时则睡觉。下面举一个比较实际的例子——生活费问题。

         生 活费问题是这样的：学生每月都需要生活费，家长一次预存一段时间的生活费，家长和学生使用统一的一个帐号，在学生每次取帐号中一部分钱，直到帐号中没钱时 通知家长存钱，而家长看到帐户还有钱则不存钱，直到帐户没钱时才存钱。在这个例子中，这个帐号被学生和家长两个线程同时访问，则帐号就是临界资源，两个线 程是同时执行的，当每个线程发现不符合要求时则等待，并释放分配给自己的CPU执行时间，也就是不占用系统资源。实现该示例的代码为：

package syn4;

/**
 * 测试类
 */
public class TestAccount {
         public static void main(String[] args) {
                   Accout a = new Accout();
                   StudentThread s = new StudentThread(a);
                   GenearchThread g = new GenearchThread(a);
         }
}

package syn4;
/**
 * 模拟学生线程
 */
public class StudentThread extends Thread {
         Accout a;
         public StudentThread(Accout a){
                   this.a = a;
                   start();
         }
         public void run(){
                   try{
                            while(true){
                                     Thread.sleep(2000);
                                     a.getMoney(); //取钱
                            }
                   }catch(Exception e){}
         }
}

package syn4;
/**
 * 家长线程
 */
public class GenearchThread extends Thread {
         Accout a;
         public GenearchThread(Accout a){
                   this.a = a;
                   start();
         }
         public void run(){
                   try{
                            while(true){
                                     Thread.sleep(12000);
                                     a.saveMoney(); //存钱
                            }
                   }catch(Exception e){}
         }
}

package syn4;
/**
 * 银行账户
 */
public class Accout {
         int money = 0;
         /**
          * 取钱
          * 如果账户没钱则等待，否则取出所有钱提醒存钱
          */
         public synchronized void getMoney(){
                   System.out.println("准备取钱！");
                   try{
                            if(money == 0){
                                     wait(); //等待
                            }
                            //取所有钱
                            System.out.println("剩余:" + money);
                            money -= 50;
                            //提醒存钱
                            notify();
                   }catch(Exception e){}                
         }
        
         /**
          * 存钱
          * 如果有钱则等待，否则存入200提醒取钱
          */
         public synchronized void saveMoney(){
                   System.out.println("准备存钱！");
                   try{
                            if(money != 0){
                                     wait(); //等待
                            }
                            //取所有钱
                            money = 200;
                            System.out.println("存入:" + money);
                            //提醒存钱
                            notify();
                   }catch(Exception e){}                
         }
}

         该程序的一部分执行结果为：

 

准备取钱！

准备存钱！
存入:200
剩余:200
准备取钱！
剩余:150
准备取钱！
剩余:100
准备取钱！
剩余:50
准备取钱！
准备存钱！
存入:200
剩余:200
准备取钱！
剩余:150
准备取钱！
剩余:100
准备取钱！
剩余:50
准备取钱！

         在该示例代码中，TestAccount类是测试类，主要实现创建帐户Account类的对象，以及启动学生线程StudentThread和启动家长线程GenearchThread。在StudentThread线程中，执行的功能是每隔2秒中取一次钱，每次取50元。在GenearchThread线程中，执行的功能是每隔12秒存一次钱，每次存200。这样存款和取款之间不仅时间间隔存在差异，而且数量上也会出现交叉。而该示例中，最核心的代码是Account类的实现。

         在Account类中，实现了同步控制功能，在该类中包含一个关键的属性money，该属性的作用是存储帐户金额。在介绍该类的实现前，首先介绍一下两个同步方法——wait和notify方法的使用，这两个方法都是Object类中的方法，也就是说每个类都包含这两个方法，换句话说，就是Java天生就支持同步处理。这两个方法都只能在synchronized修饰的方法或语句块内部采用被调用。其中wait方法的作用是使调用该方法的线程休眠，也就是使该线程退出CPU的等待队列，处于冬眠状态，不执行动作，也不占用CPU排队的时间，notify方法的作用是唤醒一个任意该对象的线程，该线程当前处于休眠状态，至于唤醒的具体是那个则不保证。在Account类中，被StudentThread调用的getMoney方法的功能是判断当前金额是否是0，如果是则使StudentThread线程处于休眠状态，如果金额不是0，则取出50元，同时唤醒使用该帐户对象的其它一个线程，而被GenearchThread线程调用的saveMoney方法的功能是判断当前是否不为0，如果是则使GenearchThread线程处于休眠状态，如果金额是0，则存入200元，同时唤醒使用该帐户对象的其它一个线程。

         如果还是不清楚，那就结合前面的程序执行结果来解释一下程序执行的过程：在程序开始执行时，学生线程和家长线程都启动起来，所以输出“准备取钱”和“准备存钱”，然后学生线程按照该线程run方法的逻辑执行，先延迟2秒，然后调用帐户对象a中的getMoney方法，但是由于初始情况下帐户对象a中的money数值为0，所以学生线程就休眠了。在学生线程执行的同时，家长线程也按照该线程的run方法的逻辑执行，先延迟12秒，然后调用帐户对象a中的saveMoney方法，由于帐户a对象中的money为零，条件不成立，所以执行存入200元，同时唤醒线程，由于使用对象a的线程现在只有学生线程，所以学生线程被唤醒，开始执行逻辑，取出50元，然后唤醒线程，由于当前没有线程处于休眠状态，所以没有线程被唤醒。同时家长线程继续执行，先延迟12秒，这个时候学生线程执行了4次，耗时4X2秒=8秒，就取光了帐户中的钱，接着由于帐户为0则学生线程又休眠了，一直到家长线程延迟12秒结束以后，判断帐户为0，又存入了200元，程序继续执行下去。

         在解决多线程问题是，互斥和同步都是解决问题的思路，如果需要形象的比较这两种方式的区别的话，就看一下下面的示例。一个比较忙的老总，桌子上有2部电话，在一部处于通话状态时，另一部响了，老总拿其这部电话说我在接电话，你等一下，而没有挂电话，这种处理的方式就是互斥。而如果老总拿其另一部电话说，我在接电话，等会我打给你，然后挂了电话，这种处理的方式就是同步。两者相比，互斥明显占用系统资源(浪费电话费，浪费别人的时间)，而同步则是一种更加好的解决问题的思路。

 

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在日常生活中，例如火车售票窗口等经常可以看到“XXX优先”，那么多线程编程中每个线程是否也可以设置优先级呢？

         在多线程编程中，支持为每个线程设置优先级。优先级高的线程在排队执行时会获得更多的CPU执行时间，得到更快的响应。在实际程序中，可以根据逻辑的需要，将需要得到及时处理的线程设置成较高的优先级，而把对时间要求不高的线程设置成比较低的优先级。

         在Thread类中，总计规定了三个优先级，分别为：

l MAX_PRIORITY——最高优先级

l NORM_PRIORITY——普通优先级，也是默认优先级

l MIN_PRIORITY——最低优先级

在前面创建的线程对象中，由于没有设置线程的优先级，则线程默认的优先级是NORM_PRIORITY，在实际使用时，也可以根据需要使用Thread类中的setPriority方法设置线程的优先级，该方法的声明为：

         public final void setPriority(int newPriority)

假设t是一个初始化过的线程对象，需要设置t的优先级为最高，则实现的代码为：

         t. setPriority(Thread. MAX_PRIORITY);

这样，在该线程执行时将获得更多的执行机会，也就是优先执行。如果由于安全等原因，不允许设置线程的优先级，则会抛出SecurityException异常。

下面使用一个简单的输出数字的线程演示线程优先级的使用，实现的示例代码如下：

 package priority;
/**
 * 测试线程优先级
 */
public class TestPriority {
         public static void main(String[] args) {
                   PrintNumberThread p1 = new PrintNumberThread("高优先级");
                   PrintNumberThread p2 = new PrintNumberThread("普通优先级");
                   PrintNumberThread p3 = new PrintNumberThread("低优先级");
                   p1.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
                   p2.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
                   p3.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
                   p1.start();
                   p2.start();
                   p3.start();
         }
}

package priority;
/**
 * 输出数字的线程
 */
public class PrintNumberThread extends Thread {
         String name;
         public PrintNumberThread(String name){
                   this.name = name;
         }
         public void run(){
                   try{
                            for(int i = 0;i < 10;i++){
                                     System.out.println(name + ":" + i);
                            }
                   }catch(Exception e){}
         }
}

程序的一种执行结果为：

 

高优先级:0
高优先级:1
高优先级:2
普通优先级:0
高优先级:3
普通优先级:1
高优先级:4
普通优先级:2
高优先级:5
高优先级:6
高优先级:7
高优先级:8
高优先级:9
普通优先级:3
普通优先级:4
普通优先级:5
普通优先级:6
普通优先级:7
普通优先级:8
普通优先级:9
低优先级:0
低优先级:1
低优先级:2
低优先级:3
低优先级:4
低优先级:5
低优先级:6
低优先级:7
低优先级:8
低优先级:9

 

 在该示例程序，PrintNumberThread线程实现的功能是输出数字，每次数字输出之间没有设置时间延迟，在测试类TestPriority中创建三个PrintNumberThread类型的线程对象，然后分别设置线程优先级是最高、普通和最低，接着启动线程执行程序。从执行结果可以看出高优先级的线程获得了更多的执行时间，首先执行完成，而低优先级的线程由于优先级较低，所以最后一个执行结束。

         其实，对于线程优先级的管理主要由系统的线程调度实现，较高优先级的线程优先执行，所以可以通过设置线程的优先级影响线程的执行。