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如何使用Java编写多线程程序(1)
一、简介1、什么是线程要说线程，就必须先说说进程，进程就是程序的运行时的一个实例。线程呢可以看作单独地占有CPU时间来执行相应的代码的。对早期的计算机（如DOS）而言，线程既是进程，进程既是进程，因为她是单线程的。当然一个程序可以是多线程的，多线程的各个线程看上去像是并行地独自完成各自的工作，就像一台一台计算机上运行着多个处理机一样。在多处理机计算机上实现多线程时，它们确实可以并行工作，而且采用适当的分时策略可以大大提高程序运行的效率。但是二者还是有较大的不同的，线程是共享地址空间的，也就是说多线程可以同时读取相同的地址空间，并且利用这个空间进行交换数据。 2、为什么要使用线程为什么要使用多线程呢？学过《计算机体系结构》的人都知道。将顺序执行程序和采用多线程并行执行程序相比，效率是可以大大地提高的。比如，有五个线程thread1, thread2, thread3, thread4, thread5，所耗的CPU时间分别为4，5，1，2，7。（假设CPU轮换周期为4个CPU时间，而且线程之间是彼此独立的）顺序执行需要花费1Array个CPU时间，而并行需要的时间肯定少于1Array个CPU时间，至于具体多少时间要看那些线程是可以同时执行的。这是在非常小规模的情况下，要是面对大规模的进程之间的交互的话，效率可以表现得更高。 3、java中是如何实现多线程的与其他语言不一样的是，线程的观念在java是语言中是重要的，根深蒂固的，因为在java语言中的线程系统是java语言自建的， java中有专门的支持多线程的API库，所以你可以以最快的速度写一个支持线程的程序。在使用java创建线程的时候，你可以生成一个Thread类或者他的子类对象，并给这个对象发送start()消息（程序可以向任何一个派生自 Runnable 接口的类对象发送 start() 消息的），这样一来程序会一直执行，直到run返回为止，此时该线程就死掉了。在java语言中，线程有如下特点：§ 在一个程序中而言，主线程的执行位置就是main。而其他线程执行的位置，程序员是可以自定义的。值得注意的是对Applet也是一样。 § 每个线程执行其代码的方式都是一次顺序执行的。 § 一个线程执行其代码是与其他线程独立开来的。如果诸线程之间又相互协作的话，就必须采用一定的交互机制。 § 前面已经说过，线程是共享地址空间的，如果控制不当，这里很有可能出现死锁。 各线程之间是相互独立的，那么本地变量对一个线程而言就是完全独立，私有的。所以呢，线程执行时，每个线程都有各自的本地变量拷贝。对象变量(instance variable)在线程之间是可以共享的，这也就是为什么在java中共享数据对象是如此的好用，但是java线程不能够武断地访问对象变量：他们是需要访问数据对象的权限的。二、准备知识 在分析这个例子之前，然我们先看看关于线程的几个概念，上锁，信号量，和java所提供的API。 上锁对于大多数的程序而言，他们都需要线程之间相互的通讯来完成整个线程的生命周期，二实现线程之间同步的最简单的办法就是上锁。为了防止相互关联的两个线程之间错误地访问共享资源，线程需要在访问资源的时候上锁和解锁，对于锁而言，有读锁，写锁和读写锁等不同的同步策略。在java中，所有的对象都有锁；线程只需要使用synchronized关键字就可以获得锁。在任一时刻对于给定的类的实例，方法或同步的代码块只能被一个线程执行。这是因为代码在执行之前要求获得对象的锁。 信号量通常情况下，多个线程所访问为数不多的资源，那怎么控制呢？一个比较非常经典而起非常简单的办法就是采用信号量机制。信号量机制的含义就是定义一个信号量，也就是说能够提供的连接数；当有一个线程占用了一个连接时，信号量就减一；当一个线程是放了连接时，信号量就加一。
java如何实现信号量集，请注意，是信号量集，而不是信号量，求大神指点
信号量：一个整数；
大于或等于0时代表可供并发进程使用的资源实体数；
小于0时代表正在等待使用临界区的进程数；
用于互斥的信号量初始值应大于0；
只能通过P、V原语操作而改变；
信号量元素组成：
1、表示信号量元素的值；
2、最后操作信号量元素的进程ID
3、等待信号量元素值+1的进程数；
4、等待信号量元素值为0的进程数；
二、主要函数
1.1 创建信号量
int semget(
key_t key, //标识信号量的关键字，有三种方法：1、使用IPC——PRIVATE让系统产生，
// 2、挑选一个随机数，3、使用ftok从文件路径名中产生
int nSemes, //信号量集中元素个数
int flag //IPC_CREAT；IPC_EXCL 只有在信号量集不存在时创建
)
成功：返回信号量句柄
失败：返回-1
1.2 使用ftok函数根据文件路径名产生一个关键字
key_t ftok(const char *pathname,int proj_id);
路径名称必须有相应权限
1.3 控制信号量
int semctl(
int semid, //信号量集的句柄
int semnum, //信号量集的元素数
int cmd, //命令
/*union senum arg */... //
)
成功：返回相应的值
失败：返回-1
命令详细说明:
cmd: IPC_RMID 删除一个信号量
IPC_EXCL 只有在信号量集不存在时创建
IPC_SET 设置信号量的许可权
SETVAL 设置指定信号量的元素的值为 agc.val
GETVAL 获得一个指定信号量的值
GETPID 获得最后操纵此元素的最后进程ID
GETNCNT 获得等待元素变为1的进程数
GETZCNT 获得等待元素变为0的进程数
用java编写交通信号灯
按照你的要求编写的红绿灯程序，你看看吧，比较简单。
完整的程序如下：
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import javax.swing.*;
import java.awt.Graphics;
public class TrafficLight extends JFrame{
JRadioButton jrbYellow,jrbGreen,jrbRed;
int flag=0;
jpNewPanel jpNewPanel;
public static void main(String[] args){
TrafficLight frame=new TrafficLight();
frame.setSize(500,200);
frame.setLocationRelativeTo(null);
frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
frame.setTitle("TrafficLight");
frame.setVisible(true);
}
public TrafficLight(){
jpNewPanel=new jpNewPanel();
add(jpNewPanel,BorderLayout.CENTER);
JPanel jpRadioButtons=new JPanel();
jpRadioButtons.setLayout(new GridLayout(1,3));
jpRadioButtons.add(jrbYellow=new JRadioButton("Yellow"));
jpRadioButtons.add(jrbGreen=new JRadioButton("Green"));
jpRadioButtons.add(jrbRed=new JRadioButton("Red"));
add(jpRadioButtons,BorderLayout.SOUTH);
ButtonGroup group=new ButtonGroup();
group.add(jrbYellow);
group.add(jrbGreen);
group.add(jrbRed);
jrbYellow.addActionListener(new ActionListener(){
public void actionPerformed(ActionEvent e){
flag=2;
jpNewPanel.repaint();
}
});
jrbGreen.addActionListener(new ActionListener(){
public void actionPerformed(ActionEvent e){
flag=1;
jpNewPanel.repaint();
}
});
jrbRed.addActionListener(new ActionListener(){
public void actionPerformed(ActionEvent e){
flag=3;
jpNewPanel.repaint();
}
});
}
class jpNewPanel extends JPanel{
protected void paintComponent(Graphics g){
super.paintComponent(g);
g.drawRect(0,0,40,100);
g.drawOval(10,10,20,20);
g.drawOval(10,40,20,20);
g.drawOval(10,70,20,20);
if(flag==1){
g.setColor(Color.GREEN);
g.fillOval(10, 70, 20, 20);
}
else if(flag==2){
g.setColor(Color.YELLOW);
g.fillOval(10, 40, 20, 20);
}
else if(flag==3){
g.setColor(Color.RED);
g.fillOval(10, 10, 20, 20);
}
}
}
}
Semaphore信号量的底层原理
Semaphore（信号量） 是一个线程同步结构，用于在线程间传递信号，以避免出现信号丢失（译者注：下文会具体介绍），或者像锁一样用于保护一个关键区域。自从5.0开始，jdk在java.util.concurrent包里提供了Semaphore 的官方实现，因此大家不需要自己去实现Semaphore。但是还是很有必要去熟悉如何使用Semaphore及其背后的原理
本文的涉及的主题如下：
一、简单的Semaphore实现
下面是一个信号量的简单实现：
查看源代码打印帮助
Take方法发出一个被存放在Semaphore内部的信号，而Release方法则等待一个信号，当其接收到信号后，标记位signal被清空，然后该方法终止。
使用这个semaphore可以避免错失某些信号通知。用take方法来代替notify，release方法来代替wait。如果某线程在调用release等待之前调用take方法，那么调用release方法的线程仍然知道take方法已经被某个线程调用过了，因为该Semaphore内部保存了take方法发出的信号。而wait和notify方法就没有这样的功能。
当用semaphore来产生信号时，take和release这两个方法名看起来有点奇怪。这两个名字来源于后面把semaphore当做锁的例子，后面会详细介绍这个例子，在该例子中，take和release这两个名字会变得很合理。
二、可计数的Semaphore
上面提到的Semaphore的简单实现并没有计算通过调用take方法所产生信号的数量。可以把它改造成具有计数功能的Semaphore。下面是一个可计数的Semaphore的简单实现。
三、有上限的Semaphore
上面的CountingSemaphore并没有限制信号的数量。下面的代码将CountingSemaphore改造成一个信号数量有上限的BoundedSemaphore。
在BoundedSemaphore中，当已经产生的信号数量达到了上限，take方法将阻塞新的信号产生请求，直到某个线程调用release方法后，被阻塞于take方法的线程才能传递自己的信号。
