多執行緒程式設計

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多執行緒程式設計

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多執行緒程式設計

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Java提供許多執行緒程式設計(multithreaded programming)，Multithreaded program包含兩個或多個可同步執行的部分，它的每一個部分都稱為一個執行緒(thread)，因此，它是一種多工(multitasking)的特殊形式。

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多工的工作方式：

1. 以程序為基礎(process-based)
   • 本質上，process就是指正在執行的程式
   • 通常程式就是排程器所能分派(dispatch)的最小單位
   • 通常用以做重量級(heavyweight)工作的處理，需要有自己的位址空間
   • 程序間溝通消耗許多資源
2. 以執行緒為基礎(thread-based)
   • thread為可分派的最小單位
   • 單一程式可以同時執行兩個以上的工作
   • 多處理輕量級(lightweight)工作
   • 消耗資源較程序處理小，共用相同位址空間
   • 一起使用相同的重量級程序，彼此溝通所耗資源較小，執行緒間切畫布用消耗太多資源

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Java的執行緒模型

• Java的所有類別函式庫都將multithread列入考量。
• Java利用thread將整個環境變成非同步(asynchronous)。避免CPU週期所造成的浪費，有助於提升整體效率。

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同步

• 若兩個執行緒需要互相溝通，並且共用某個複雜的資料結構，就必須確保執行緒使用的資料是一致的。
• Java利用monitor來達到這個目的，monitor只能容納一個執行緒，一旦一個執行緒進入monitor，其他的執行緒必須等待，直到這個執行緒離開。
• monitor可用以保護共用資源，避免同一時間被多個執行緒操縱

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建立執行緒

• Java的執行緒是建立於Thread類別、他的方法，以及Runnable介面的基礎上
• Thread將執行緒封裝
• 無法直接參考正在執行的執行緒之狀態，必須透過產生該執行緒的Thread實體來處理
• 若要建立執行緒，你需要繼承Thread類別或者實作Runnable介面。
• 
• 實作Runnable Interface
• • Runnable將一組可執行的程式碼抽象化
  • 可以在任何時做Runnable的物件上建構執行緒
  • 若要實作Runnable，執行要實作一個稱為run()的方法
  • • public void run()
    • 在run()裡，你將定義構成新執行緒的程式碼
    • run()為另一個同時在程式中執行的thread建立進入點
    • 當run()回傳時，此執行緒將會結束
  • 在你建立一個實作Runnable的類別後，你將利用此類別建立Thread型別的物件實體
  • Thread定義許多建構式，其中一個如下
  • • Thread(Runnable threadOb, String threadName)
    • • threadOb：實作Runnable介面的類別實體。它定義了thread的進入點
      • threadName：指定新執行緒的名稱
    • 新執行緒建立後，必須呼叫Thread定義的start()方法，新的執行緒才會開始執行。
    • • 本質上Start()會呼叫run()方法：若直接呼叫run()方法，則只是單純的方法呼叫，而不會啟動新的執行緒
      • start方法如下所示：void start()
  • 以下範例示範如何建立新的執行緒，並使之開始執行：
  • • public class NewThread implements Runnable {
      Thread t ;
      public NewThread() {
      // TODO Auto-generated constructor stub
      t= new Thread (this, "Demo Thread");
      System. out. println("Child thread: " +t );
      t. start();
      }
      @Override
      public void run() {
      // TODO Auto-generated method stub
      try {
      for(int i=5;i>0;i--){
      System. out. println("Child Thread" +i );
      Thread. sleep(500 );
      }
      } catch (InterruptedException e) {
      // TODO: handle exception
      System. out. println("Exiting child thread." );
      }
      
      
      }
      
      
      }
    • //主程式
    • public class ThreadDemo {
      public static void main(String args[]) {
      new NewThread ();
      try {
      for(int i=5;i>0;i--){
      System. out. println("Main Thread: " +i );
      Thread. sleep(1000 );
      }
      } catch (InterruptedException e) {
      // TODO: handle exception
      System. out. println("Main thread interrupted." );
      }
      System. out. println("Main thread exiting." );
      }
      }
    • 在NewThread的建構式中
    • • t=new Thread (this,"Demo Thread");
      • 將this當作第一個引數，表示你希望新的thread呼叫this物件上的run()

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主執行緒(main thread)

• 當Java程式開始執行時，有一個執行緒會立即開始執行，此執行緒稱之程式的主執行緒
• • 子執行緒都是由主執行緒產生
  • 通常它必須是最後一個完成的執行緒，因為它會進行許多關閉的動作
• 透過currentTread()方法可以獲得主執行緒的參考，其為Class Thread的public static member
  static Thread currentThread()
• 執行緒範例程式：
  public class CurrentThreadDemo {
  public static void main(String args[]) {
  Thread t =Thread .currentThread();
  System. out. println("Current Thread:" +t );
  t. setName("Main Thread" );
  System. out. println("After name change:" +t );
  try {
  for ( int n = 5; n > 0; n--) {
  System. out. println(n );
  Thread. sleep(1000 );
  }
  } catch (InterruptedException e) {
  // TODO: handle exception
  System. out. println("Main thread interrupted" );
  }
  }
  }
• • 將t透過println()印出，依次會顯示
  • • 執行緒名稱：主執行緒名稱預設為main
    • 優先權：主執行緒優先權預設為5
    • 所屬群組名稱：執行緒群組(thread group)是一種資料結構，可把一群執行緒當成一個整體來控制
  • static void sleep(long milliseconds) throws InsterruptedException
  • • milliseconds：執行緒暫停的毫秒數
    • InsterruptedException ：當其他執行緒試圖中斷(interrupt)處於睡眠狀態的執行緒時，會發生此意外
    • sleep()的第二種形式，可以毫秒以及十億分之秒的方式指定暫停時間
    • • static void sleep(long milliseconds,int nanoseconds) throws InsterruptedException
      • 只在計時週期小於十億分之秒的環境有效
  • final void setName(String threadName)：設定執行緒名稱
  • final String getName()：取得執行緒名稱

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