Java: руководство для начинающих

Шилдт Герберт

Как известно, за последние несколько лет широкое распространение нашли многопроцессорные или многоядерные вычислительные системы, хотя по-прежнему повсеместно используются и однопроцессорные системы. В этой связи следует иметь в виду, что языковые средства организации многопоточной обработки в Java пригодны для обеих разновидностей вычислительных систем. В одноядерной системе параллельно выполняющиеся потоки разделяют ресурсы одного ЦП, получая по очереди квант времени ЦП. Поэтому в одноядерной системе два или более потока на самом деле не выполняются параллельно, а лишь используют время простоя ЦП. С другой стороны, в многопроцессорных или многоядерных системах два

потока или более могут выполняться параллельно. Это, как правило, позволяет повысить производительность программ и скорость выполнения отдельных операций.

Поток может находиться в одном из нескольких состояний. В целом поток может быть выполняющимся; готовым к выполнению, как только он получит время и ресурсы ЦП; приостановленным, т.е. временно не выполняющимся; возобновленным в дальнейшем; заблокированным в ожидании ресурсов для своего выполнения; а также завершенным, когда его выполнение окончено и не может быть возобновлено.

В связи с организацией многозадачности на основе потоков возникает потребность в особого рода режиме, который называется синхронизацией и позволяет координировать выполнение потоков вполне определенным образом. Для такой синхронизации в Java предусмотрена отдельная подсистема, основные средства которой рассматриваются в этой главе.

Если вы пишете программы для таких операционных систем, как Windows, то принципы многопоточного программирования вам должны быть уже знакомы. Но то обстоятельство, что в Java имеются языковые средства для поддержки потоков, упрощает организацию многопоточной обработки, поскольку избавляет от необходимости реализовывать ее во всех деталях. Класс Thread и интерфейс Runnable

В основу системы многопоточной обработки в Java положены класс Thread и интерфейс Runnable, входящие в пакет java. lang. Класс Thread инкапсулирует поток исполнения. Для того чтобы образовать новый поток, нужно создать класс, являющийся подклассом Thread или реализующий интерфейс Runnable.

В классе Thread определен ряд методов, позволяющих управлять потоками. Некоторые из этих наиболее употребительных методов описаны ниже. По мере их представления в последующих примерах программ вы ознакомитесь с ними поближе. Метод Описание final String getName Получает имя потока final int getPriority Получает приоритет потока final boolean isAliveO Определяет, выполняется ли поток final void join Ожидает завершения потока void run Определяет точку входа в поток static void sleep(long миллисекунд) Приостанавливает исполнение потока на указанное число миллисекунд void start Запускает поток, вызывая его метод run

В каждом процессе имеется как минимум один поток исполнения, который называется основным потоком. Он получает управление уже при запуске программы.

Следовательно, во всех рассматривавшихся до сих пор примерах программ использовался основной поток. От основного потока могут быть порождены другие, подчиненные потоки. Создание потока

Для того чтобы создать поток, нужно построить объект типа Thread. Класс Thread инкапсулирует объект, который может стать исполняемым. Как пояснялось ранее, пригодные для исполнения объекты можно создавать в Java двумя способами:

реализуя интерфейс Runnable;

создавая подкласс класса Thread.

В большинстве примеров, представленных в этой главе, будет применяться первый способ. Хотя в примере для опробования 11.1 будет продемонстрировано, каким образом поток реализуется путем расширения класса Thread. Но независимо от выбранного способа создание экземпляра потока, организация доступа к нему и управление потоком осуществляется средствами класса Thread. Единственное отличие обоих способов состоит в том, как создается класс, активизирующий поток.

Интерфейс Runnable дает абстрактное описание единицы исполняемого кода. Для формирования потока подходит любой объект, реализующий этот интерфейс. В интерфейсе Runnable объявлен только один метод, run : public void run

В теле метода run определяется код, соответствующий новому потоку. Из этого метода можно вызывать другие методы, использовать в нем различные классы и объявлять переменные таким же образом, как это делается в основном потоке. Единственное отличие состоит в том, что метод run создает точку входа в поток, исполняемый в программе параллельно с основным. Этот поток исполняется до тех пор, пока не произойдет возврат из метода run .

После создания класса, реализующего интерфейс Runnable, следует создать экземпляр объекта типа Thread на основе объекта данного класса. В классе Thread определен ряд конструкторов. В дальнейшем будет использоваться следующий конструктор: Thread(Runnable threadOb)

В качестве параметра threadOb этому конструктору передается экземпляр класса, реализующего интерфейс Runnable. Благодаря этому определяется место для исполнения потока.

Созданный поток не начнет исполнение до тех пор, пока не будет вызван метод start , объявленный в классе Thread. По существу, единственным назначением метода start является вызов метода run . А объявляется метод start следующим образом: void start

Ниже приведен пример программы, в которой создается и запускается на исполнение новый поток. // Создание потока путем реализации интерфейса Runnable, class MyThread implements Runnable { String thrdName; // Объекты типа MyThread выполняются в отдельных потоках, так как // класс MyThread реализует интерфейс Runnable. MyThread(String name) { thrdName = name; } // Точка входа в поток, public void run { // Здесь начинают исполняться потоки. System.out.println(thrdName + " starting."); try { for(int count=0; count < 10; count++) { Thread.sleep(400); System.out.println("In " + thrdName + ", count is " + count); } } catch(InterruptedException exc) { System.out.println(thrdName + " interrupted."); } System.out.println(thrdName + " terminating."); } } class UseThreads { public static void main(String args[]) { System.out.println("Main thread starting."); // сначала построить объект типа MyThread MyThread mt = new MyThread("Child #1"); // Создание исполняемого объекта. // далее сформировать поток из этого объекта Thread newThrd = new Thread(mt); // Формирование потока из этого объекта. // и, наконец, начать исполнение потока newThrd.start О; // Начало исполнения потока. for(int i=0; i<50; i++) { System.out.print(".") ; try { Thread.sleep(100) ; } catch(InterruptedException exc) { System.out.println("Main thread interrupted."); } } System.out.println("Main thread ending."); } }

Рассмотрим исходный код приведенной выше программы более подробно. Как видите, класс MyThread реализует интерфейс Runnable. Это означает, что объект типа MyThread подходит для использования в качестве потока, а следовательно, его можно передать конструктору класса Thread.

В теле метода run присутствует цикл, в котором производится отсчет от 0 до 9. Обратите внимание на вызов метода sleep . Этот метод приостанавливает поток, из которого он был вызван на указанное число миллисекунд. Ниже приведена общая форма объявления данного метода. static void sleep(long миллисекунд) throws InterruptedException