Java并发(基础知识)—— 创建、运行以及停止一个线程

      在计算机世界,当人们谈到并发时,它的意思是一系列的任务在计算机中同时执行。如果计算机有多个处理器或者多核处理器,那么这个同时性是真实发生的;如果计算机只有一个核心处理器那么就只是表面现象。

      现代所有的操作系统都允许并发地执行任务。你可以在听音乐和浏览网页新闻的同时阅读邮件,我们说这种并发是进程级别的并发。而且在同一进程内,也会同时有多种任务,这些在同一进程内运行的并发任务称之为线程。

      在这里我们要讨论的是线程级并发。Java提供了Thread类,使我们能够在一个Java进程中运行多个线程,每个线程执行不同的任务,以此实现并发。

1、创建线程                                                                                                 

    在Java中,我们有2个方式创建线程:

  1. 通过直接继承thread类,然后覆盖run()方法。
  2. 构建一个实现Runnable接口的类, 然后创建一个thread类对象并传递Runnable对象作为构造参数

    可以看到,这两种创建线程的方式都需要新建一个Thread对象,可以说一个Thread对象代表一个线程实例。

    由于Java是单继承的,如果我们使用第一种方式创建线程,就强制只能继承Thread,灵活性较低,对于第二种创建线程方式就没有这个问题,所以我们一般选择第二种方式创建线程。下面我们就使用第二种创建方式举一个简单的例子,首先,实现Runnable接口,输出1到10:

public class MyRunnable implements Runnable {
	@Override
	public void run() {
		for(int i =  0; i < 10; i++) {
			System.out.println(i);
		}
	}
}

    然后,建立main方法,新建线程并启动:  

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		for(int i = 0; i < 10; i++) {
			new Thread(new MyRunnable()).start();
		}
	}
}

  可以看到使用这种方法创建线程,我们一共创建了两个类,一个类实现了Runnable接口,代表一个运行任务;一个类是运行类,在这个运行类的main方法中,我们利用刚刚定义的Runnable实例新建Thread并运行。利用这种方法创建线程,相较于第一种,代码逻辑十分清楚:一个类定义任务,一个类运行任务,所以推荐这种方式创建线程。 

2、运行线程                                                                                                

    运行一个线程的方法十分简单,我们只需调用Thread实例的start()方法即可,当我们调用start()方法之后,Java虚拟机会为我们创建一个线程,然后在该线程中运行run()方法中定义的任务,真正实现多线程。

    在这里,必须强调的是应该调用start()方法,而不是run()方法,直接调用run()方法,虚拟机不会新建线程运行任务,只会在当前线程执行任务,无法实现多线程并发,所以应该调用start()方法。

3、停止线程                                                                                                

    相较于创建与运行线程的简单,在Java中停止一个线程其实并不容易。Thread类虽然提供了stop()方法用于停止线程,但是该方法具有固有的不安全性。用 Thread.stop 来终止线程将释放它已经锁定的所有监视器。如果以前受这些监视器保护的任何对象处于一种不一致的状态,则损坏的对象将对其他线程可见,这有可能导致任意的行为,该方法已经被标注为过时的了,我们不应该使用该方法。

3.1、"已请求取消"标志

    既然如此,那么我们应该如何停止一个线程呢?我们可以使用"已请求取消"标志的方法停止线程。我们先在任务中定义该标志,然后任务会定期的查看该标志,如果设置了这个标志,那么任务将提前结束。以下程序使用该项技术来持续枚举素数,直到它被取消,注意,为保证这个过程能可靠地工作,标志必须设置为volatile类型:

public class PrimeGenerator implements Runnable {
	private final List<BigInteger> primes = new ArrayList<BigInteger>();
	private volatile boolean cancelled;

	public void run() {
		BigInteger p = BigInteger.ONE;
		while (!cancelled) {
			p = p.nextProbablePrime();
			synchronized (this) {
				primes.add(p);
			}
		}
	}

	public void cancel() {
		cancelled = true;
	}

	public synchronized List<BigInteger> get() {
		return new ArrayList<BigInteger>(primes);
	}
}

  在这里,PrimeGenerator类提供了cancel()方法,当这个方法被调用后,cancelled标志位就会被置为true,然后run()方法中的while循环就会结束,整个线程也就结束。 

3.2、使用中断停止线程

    使用"已请求取消"标志取消任务有一个问题,如果线程执行的是阻塞任务,那么线程将永远不会去检测取消标志,因此永远不会结束。

    当出现这种情况时,我们该如何结束线程呢?有部分阻塞库方法是支持中断的,线程中断是一种协作机制,线程可以通过这种机制来通知另一个线程,告诉它在合适的或者可能的情况下停止当前工作,并转而执行其他工作。

    我们可以修改上面的例子,不使用ArrayList存储素数结果,而使用BlockingQueue来存储,BlockingQueue的put()方法是可阻塞的,如果依然使用"已请求取消"标志的结束策略,同时put()方法被阻塞住后,那么该方法将永远不会停止,对于这种情况,我们可以使用检测中断标志位的方法来判断结束线程:

public class PrimeProducer extends Thread {
    private final BlockingQueue<BigInteger> queue;

    PrimeProducer(BlockingQueue<BigInteger> queue) {
        this.queue = queue;
    }

    public void run() {
        try {
            BigInteger p = BigInteger.ONE;
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted())
                queue.put(p = p.nextProbablePrime());
        } catch (InterruptedException consumed) {
            /* Allow thread to exit */
        }
    }

    public void cancel() {
        interrupt();
    }
}

  这一次,cancle()方法不再设置结束标志位,而是调用interrupt()进行线程中断。当cancel()方法被调用之后,当前线程的中断标志位将被置为true,BlockingQueue的put()方法能够响应中断,并从阻塞状态返回,返回后,while语句检测到中断位被标志,然后结束while循环,整个线程结束。

3.3、不能响应中断的阻塞方法

    如果阻塞方法能够响应中断,那我们就可以使用以上的方法结束线程,但是Java类库中还有一些阻塞方法是不能够响应中断的,这些方法包括:

  • java.io包中的同步Socket I/O
  • java.io包中的同步I/O
  • Selector的异步I/O
  • 获取某个锁

    不过还好,对于I/O流,我们可以使用关闭底层I/O流的方式结束线程,以下代码给出了如何封装非标准的取消操作的例子,ReaderThread管理一个套接字连接,它采用同步方式从套接字中读取数据,为了结束某个用户的连接或者关闭服务器,ReaderThread改写了interrupt方法,使其既能处理标准中断,也能关闭底层套接字。

public class ReaderThread extends Thread {
    private static final int BUFSZ = 512;
    private final Socket socket;
    private final InputStream in;

    public ReaderThread(Socket socket) throws IOException {
        this.socket = socket;
        this.in = socket.getInputStream();
    }

    public void interrupt() {
        try {
            socket.close();
        } catch (IOException ignored) {
        } finally {
            super.interrupt();
        }
    }

    public void run() {
        try {
            byte[] buf = new byte[BUFSZ];
            while (true) {
                int count = in.read(buf);
                if (count < 0)
                    break;
                else if (count > 0)
                    processBuffer(buf, count);
            }
        } catch (IOException e) { /* Allow thread to exit */
        }
    }

    public void processBuffer(byte[] buf, int count) {
    }
}

  对于这个具体的Thread类来说,我们调用interrupt()方法,线程首先会把socket关闭,然后再finally()中设置中断标志位。关闭socket之后,run()方法中的socket读取将立即抛异,catch子句将捕获该异常并顺利停止该线程。 

3.4、总结

    最后,让我对上面的内容总结一下:

    要结束一个线程,最理想方式是让其自动结束,如果你想提前结束线程的运行,那么需要区分三种情况。

    1、如果允许代码中不存在阻塞方法,你可以设置一个"结束"标志位,然后不停的检测它,当它为true时,主动结束线程;

    2、如果代码中存在阻塞方法,且该方法能够响应中断,那么你可以调用Thread.interput()结束线程;

    3、如果代码中存在阻塞方法,且该方法不能够响应中断,那么就需要通过关闭底层资源,让代码抛出异常的方式结束线程。

 

posted on 2014-10-06 10:18  Tim-Tom  阅读(6525)  评论(0编辑  收藏  举报

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