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号座倪
5 years ago
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1 第 12 章執行緒資訊科技系林偉川執行緒了解行程行程和執行緒執行緒的不同能使用 Thread 類別和 Runnable 介面建立執行緒了解使用 Runnable 介面建立執行緒建立執行緒的優點能分辨執行緒的 5 種狀態知道在什麼情形下, 執行緒將進入等待狀態了解執行緒優先權執行緒優先權值的意義了解何謂執行緒同步定義 synchronized 修飾方法和 synchronized 敘述了解 wait() 和 notify() 方法如何使用 2 1

2 行程多個行程使用單一 CPU 行程不同的行程所佔有的記憶體資源不同, 各自獨立互不干擾大部份的個人電腦只有一個 CPU,, 所有行程都必須透過系統取得 CPU 的使用權每個行程輪流使用 CPU 的情形就像是每個行程都同時執行一樣 4 2

3 執行緒多行程多執行緒使用單一 CPU 行程執行緒是行程中的子程式行程中的子程式, 這些子程式共享行程內的資源, 同時也可以分配到 CPU 的使用權 main() 其實就是 Java 應用程式的預設執行緒 ( 或稱主執行緒,Main Thread) 多執行緒程式必須靠主執行緒主執行緒去啟動其它執行緒啟動其它執行緒的進行 Java 的執行緒都必須是 java.lang.thread 類別的物件 6 3

4 Thread 的建構子及啟動暫停方法 Thread 之建構子及方法 Thread(String name) final String getname() static void sleep(long ms) throws InterruptedException void run() void start() 說明建立執行緒, 同時設定執行緒的名稱為 name 取得執行緒的名稱讓執行緒暫停 ms 毫秒的時間 ( 若暫停的期間執行緒被中斷, 則會丟出 InterruptedException 例外 ) 執行緒啟動時所執行的方法讓執行緒啟動的方法 7 欲啟動一個執行緒時, 必須呼叫它的 start() 方法, 而不是直接呼叫它的 run() 方法若直接呼叫 Thread 類別物件的 run() 方法, 並不會啟動執行緒, 只是一般方法的呼叫一般方法的呼叫執行緒結束之後, 執行緒物件還存在, 但是不可以重新啟動, 除非執行 System.exit(0), 才能結束 8 4

5 呼叫 start() 方法後執行緒才開始執行 9 執行緒欲繼承 Thread 以外的類別時時, 可以利用 Runnable 介面建立 Runnable 介面只宣告一個 run() 方法, 所以實作介面時只要實作 run() 方法即可實作 Runnable 介面的類別, 還是必須依賴 Thread 類別的建構子才能才能建立一個執行緒物件建立一個執行緒物件 10 5

6 使用 Runnable 型別物件建立 Thread 物件的建構子使用 Runnable 物件的 Thread 建構子 Thread(Runnable target) Thread(Runnable target, String name) 說明以實作 Runnable 介面的類別物件 target 建立執行緒物件以實作 Runnable 介面的類別物件 target 建立執行緒物件, 執行緒的名稱設定為 name 11 使用 Runnable 型別物件建立 Thread 物件, 兩個物件是獨立的, 不過可以看成是 Thread 物件在啟動之後, 呼叫 Runnable 型別物件的 run() 方法 final RunnableTest rt = new RunnableTest(); Thread mt = new Thread() { public void run() { rt.run(); } // 匿名類別 }; 12 6

7 執行緒的狀態包括起始狀態 (Prepared) 可執行狀態 (Ready) 正執行狀態 (Running) 等待狀態 (Waiting) 及死亡狀態 (Dead) 起始狀態 (Prepared) start() 可執行狀態 (Ready) 排程決定正執行狀態 (Running) 死亡狀態 (Dead) 等待狀態 (Waiting) 13 改變圖執行緒的生命狀態改變圖 Born start Ready quantum expiration yield thread dispatch (assign a processor) notify notifyall timeout expires interrupt Running complete issue I/O request enter synchronized statement I/O completes acquire lock interrupt wait sleep Waiting Sleeping Blocked sleep interval expires interrupt When a thread completes (returns from its run method), it reaches the Dead state (shown here as the final state) 14 7

8 執行緒各狀態的簡單說明 : 起始狀態 (Prepared):: 當我們使用 new 關鍵字建立一個 Thread 物件後, 未呼叫其 start() 方法可執行狀態 (Ready):: 正等著排程者正 (thread scheduler) 安排執行正執行狀態 (Running):: 執行緒正在使用 CPU 的狀態等待狀態 (Waiting): 等待某事件的發生才繼續的狀態, 例如呼叫 sleep() 方法死亡狀態 (Dead):: 執行緒執行完成執行完成後即進入後即進入死亡狀態進入死亡狀態的執行緒進入死亡狀態的執行緒不能被重新啟動不能被重新啟動放棄該次 CPU 的使用機會為了避免 CPU 被獨佔, 可以使用 yield() 方法讓某個執行緒進入 Ready 狀態, 而暫時先讓出而 CPU 呼叫高優先權執行緒的 yield() 方法, 可以讓低優先權執行緒有較多的機會使用到 CPU,, 以避免低優先權執行緒處於挨餓狀態 (starvation) 16 8

9 等待狀態執行 sleep() 方法 : 暫停執行緒一段時間執行 suspend() 方法 : 沒有時間限制地暫停執行緒, 可呼叫 resume() 方法回到 Ready 狀態呼叫 join() 方法 : 呼叫目標執行緒的 join() 方法, 將等到目標執行緒結束之後才會繼續 Input/Output blocked: : 執行緒進行輸入輸出時, 會因為輸入輸出的速度較慢而暫時進入 Waiting 呼叫同步方法時, 未取得物件的 lock 執行 wait() 方法 : 放棄物件的使用權並進入等待狀態, 可使用 notify() 方法喚醒執行緒 17 Java 的多執行緒排程是使用簡單的固定優先權排程 (fixed priority scheduling),, 這種排程會依據可執行狀態之執行緒的優先權來決定順序子執行緒擁有和擁有和父執行緒相同的優先權父執行緒相同的優先權執行緒建立之後, 就可以使用 getpriority() 取得優先權值, 以 setpriority() 方法來設定優先權值 Thread 類別中定義了三個類別常數, NORM_PRIORITY 是預設的優先權值, MIN_PRIORITY 是最小的優先權值, MAX_PRIORITY 為最大的優先權值 18 9

10 父執行緒相同的優先權排程範例 Ready threads Thread.MAX_PRIORITY Priority 10 A B Priority 9 C Priority 8 Priority 7 D E F Priority 6 G Thread.NORM_PRIORITY Priority 5 H I Priority 4 Priority 3 Priority 2 J K Thread.MIN_PRIORITY Priority 1 19 執行緒的排程實際上是和作業系統有關 : 先佔先贏 (preemptive scheduling): 高優先權的執行緒可持續執行, 直至結束或等待, 除非有更高優先權的執行緒出現出現時間分配 (Time slicing):cpu 的使用被切成小段的時間, 執行緒在使用過一單位的 CPU 時間後後, 就會進入 Ready 狀態, 接著排程者會依優先權優先權去挑選下一個執行者優先權高的, 有較大的機會執行 20 10

11 使用共同資源的多執行緒多執行緒可能造成的錯誤同步化方法使用 synchronized 關鍵字修飾操作共同資源的方法, 可以讓該方法不會被兩個以上的執行緒同時使用, 也就是在某個時間頂多只會有一個執行緒在使用該方法擁有 synchronized 修飾的方法之物件, 就是一個監視器 (Monitor),, 監視器會讓物件內的 synchronized 方法只讓一個執行緒使用只讓一個執行緒使用若物件中的所有方法都使用 sysnchronized 修飾, 則在某個時間點只會有一個方法被執行某個時間點只會有一個方法被執行因為, Monitor 是物件而不是方法 22 11

12 synchronized 敘述 synchronized 也可以當敘述使用, 物件的同步 synchronized ( 物件 ) { // 物件同步區 } synchronized 區塊中的程式敘述還未執行完畢, 該物件就不會被其它執行緒所使用當 synchronized 區塊在執行時, 其同步化的物件其同步化的物件的鎖 (lock) 是暫時被暫時被取用取用 synchronized 敘述使用 synchronized 修飾方法和下式同義 : 方法型別方法名 ( 形式參數列 ) { synchronized(this) { // 方法內敘述 } } synchronized 的同步化對象是對象是物件實體, 因此 synchronized 不能用來修飾屬性屬性建構子建構子或類別類別 24 12

13 wait() 及 notify() wait() notify() 和 notifyall() 方法只能使用於 synchronized 修飾的方法或 synchronized 敘述中 wait() 方法是讓執行緒進入等待的狀態 (waiting pool),, 同時放棄物件的使用權放棄物件的使用權 wait() 和 sleep() 兩者都可以讓執行緒進入等待狀態, 不過 sleep() 並不會放棄物件的使用權 notify() 會隨機叫醒 waiting pool 中的某個執行緒, 而 nitifyall() 則是叫醒 waiting pool 中所有的執行緒所有的執行緒死結在使用 wait() 及 notify() 時, 必須注意避免讓執行緒進行到等待狀態等待狀態之後出不來, 如此造成執行緒永遠都在等, 而且不會結束, 這種情形稱為稱為死結 (deadlock) 死結算是一種邏輯上的錯誤, 發生死結時, 並不會丟出例外, 所以要格外小心避免 26 13

14 ThreadGroup 建構子 ThreadGroup 的建構子 ThreadGroup(String name) ThreadGroup(ThreadGroup parent, String name) 說明建立一個名稱為 name 的執行緒群組物件在執行緒群組 parent 下, 建立名為 name 的子執行緒群組 27 執行緒群組可以包含子群組和執行緒 28 14

15 和執行緒群組相關的 Thread 建構子執行緒加入群組的建構子 Thread(ThreadGroup group, Runnable target) Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name) Thread(ThreadGroup group, String name) 說明以實作 Runnable 介面的 target 物件建立執行緒, 並將執行緒歸於 group 群組以實作 Runnable 介面的 target 物件建立名為 name 的執行緒, 並將執行緒歸於 group 群組建立名為 name 的執行緒, 並將執行緒歸於 group 群組 29 常用的 ThreadGroup 方法 ThreadGroup 的方法 final int getmaxpriority() final String getname() final ThreadGroup getparent() final void interrupt() final void setmaxpriority(int pri) 說明取得群組中最大的優先權值取得群組名稱取得父群組中斷群組中所有的執行緒設定群組的最高優先權值為 pri 30 15

Chapter 9: Objects and Classes

Chapter 9: Objects and Classes Java application Java main applet Web applet Runnable Thread CPU Thread 1 Thread 2 Thread 3 CUP Thread 1 Thread 2 Thread 3 ,,. (new) Thread (runnable) start( ) CPU (running) run ( ) blocked CPU sleep(