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  • 其中最底层的操作必然不是java自己实现的,而是对线程相关的系统调用的包装。尤其是各native方法。 接下来就探究一下Linux系统调用中,与线程相关的部分。 线程状态:执行中,阻塞,就绪一、Linux线程相关系统调用...

        Java中有许多线程操作。其中最底层的操作必然不是java自己实现的,而是对线程相关的系统调用的包装。尤其是各native方法。

        接下来就探究一下Linux系统调用中,与线程相关的部分。

     

        线程状态:执行中,阻塞,就绪

    一、Linux线程相关系统调用

    大类

    作用

    方法签名

    大类

    作用

    方法签名

    线程

    <pthread.h>

    创建一个新线程,且马上执行

    int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);

     

    等待指定线程结束,并获得返回值

    int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr);

     

    结束当前线程,并返回一个值

    void pthread_exit(void *value_ptr);

     

    想另一个线程发送cancel信号。如何回应信号,由被取消的线程决定。

    int pthread_cancel(pthread_t thread);

    信号量(保证操作原子性)

    <semaphore.h>

    创建信号量

    int sem_init (sem_t *__sem, int __pshared, unsigned int __value)

     

    信号量+1,解除阻塞

    int sem_post(sem_t *sem);

     

    信号量-1,对值为0的信号量调用此方法将阻塞

    int sem_wait(sem_t *sem);

     

    信号量-1,对值为0的信号量调用此方法将返回错误

    (上一个方法的非阻塞版本)

    int sem_trywait(sem_t *sem);

     

    销毁信号量

    int sem_destroy(sem_t *sem);

    互斥量

    <pthread.h>

    (信号量不光有0、1,还可以是别的数字;互斥量只能是lock和unlock两种状态)

    创建互斥量

    int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);

     

    互斥量加锁,若已经加锁,则阻塞

    int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

     

    互斥量加锁,若已经加锁,则报错

    (上一个方法的非阻塞版本)

    int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

     

    互斥量解锁

    int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

     

    销毁互斥量

    int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

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  • 一、通过继承Thread类创建线程类 1.步骤 定义Thread类的子类FirstThread,并重写run()方法。run()方法的方法体(线程执行体)就是线程要执行的任务。 创建FirstThread类的实例。 调用子类实例的star()方法来启动...

    一、通过继承Thread类创建线程类

    1.步骤

    1. 定义Thread类的子类FirstThread,并重写run()方法。run()方法的方法体(线程执行体)就是线程要执行的任务。
    2. 创建FirstThread类的实例。
    3. 调用子类实例的star()方法来启动线程。

    2.代码:

    public class FirstThread extends Thread{    
        private int i;
        //重写run方法,
        public void run(){
            for(;i<1000 ;i++){
                System.out.println(getName()+"   "+i);
                //之所以可以直接调用Therad类的getName()方法,是因为该类继承了Thread类
            }
        }
    
        public static void main(String[] args)  {
            for(int i=0;i<100;i++){
                //获取当前线程:这里是主线程         
                System.out.println("当前线程:"+Thread.currentThread().getName()+" "+i);
                if(i == 20){
                    //启动第一个线程
                    new FirstThread().start();
                    //启动第二个线程
                    new FirstThread().start();
                }
    
            }
    
        }
    }
    
    

    部分结果:

    Thread-1   731
    Thread-0   16
    Thread-1   732
    Thread-0   17
    Thread-1   733
    Thread-0   18
    Thread-1   734
    Thread-0   19
    

    3.分析结果

    从结果可以看出,第一个线程与第二个线程在交替运行。而且,我们可以发现,线程1的变量从i从731到734连续,而线程2从16到19连续。这说明,虽然 i 是FirstThread类的实例变量而非局部变量,但因为程序每次创建线程时,都会创建一个对象(new FirstThread),所以线程1与线程2不会共享 i 这个实例变量。
    所以,通过继承Thread类创建线程类时,多个线程之间无法共享该线程类的实例变量

    二、实现Runnable接口方式创建线程类

    1.步骤

    1. 定义Runnable接口实现类SecondThread类,并重写该接口的run()方法
    2. 创建SecondThread的实例st
    3. 以st作为target创建Thread对象,该Thread对象才是真正的线程对象啊,只不过该Thread线程,只负责执行target里的run()方法。
    4. 调用线程对象的start()方法启动

    2.代码

    public class SecondThread implements Runnable {
        private int i;
        @Override
        public void run() {
            for(;i<1000;i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
                //实现Runnable接口时,只能使用Thread类调用当前线程
            }
    
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            SecondThread st = new SecondThread();//创建线程的target
            for(int i=0;i<100;i++){
                if(i==20){
                    new Thread(st,"线程1").start();
                    new Thread(st, "线程2").start();//两种方式
                }
            }
    
        }
    
    }
    
    

    结果片段1:

    线程1 0
    线程2 0
    线程2 1
    线程2 2
    线程2 3
    线程2 5
    线程2 6
    

    结果片段2:

    线程2 306
    线程2 307
    线程1 4
    线程1 308
    线程1 309
    

    分析结果

    我们会发现,结果1片段中 i 变量没有4,而是出现在了片段2中,而且线程2当中没有i=4这个变量,则线程1就会有,即两个线程共享 i 这个变量
    所以,程序创建的SecondThread对象只是Thread类构造Thread(Runnable target, String name)中的target,该target可被多个线程共享

    三、使用Callable和Future创建线程

    Callabled接口有点儿像是Runnable接口的增强版,它以call()方法作为线程执行体,call()方法比run()方法功能更强大。
    call()方法可以有返回值,可以声明抛出异常类
    获取call()方法里的返回值: 通过FutureTask类(实现Future接口)的实例对象的get()方法得到,得到结果类型与创建TutureTask类给的泛型一致。

    1. 步骤

    1、 定义实现Callable接口的实现类,并实现call()方法。注意:Callable有泛型限制,与返回值类型一致。这里是Integer

    public class ThirdThread implements Callable<Integer>{//重写call()方法}
    

    2、 再创建Callable实现类的实例tt。

    ThirdThread tt = new ThirdThread();
    

    3、 使用FutureTask类包装Callable的实例tt。

    FutureTask<Integer> task = new FutureTask<Integer>(tt);//注意:泛型限制与返回结果一致。
    

    4、以FutureTask对象(task)作为Thread的target来创建线程,并启动。

    new Thread(task, "线程").start();
    

    5、调用FutureTask对象(task)的get()方法获得返回值

    Integer result = task.get();//会有异常
    

    2.代码

    public class ThirdThread implements Callable<Integer>{
    
        private int i;
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            for(;i<100;i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
            }
            return i;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            //创建Callable对象
            ThirdThread tt = new ThirdThread();
            FutureTask<Integer> task = new FutureTask<Integer>(tt);
            for(int i=0;i<1000;i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
                if(i == 20){
                    //创建线程              
                    new Thread(task, "线程").start();
                }
            }
            try {
                //获取线程返回值
                Integer result = task.get();
                System.out.println(result);
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace();
            } catch (ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    }
    
    

    3.结果分析

    结果是,只能new一个Thread,即单线程,所以这么写于多线程是行不通的。需要创建一个能执行多个任务的服务。

    4.Future接口控制Callable里任务的几个方法

    1. boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) : 试图取消Callable里的任务,即中断线程。不一定会成功。
    2. get() : 得到Callable任务里call()方法的返回值 。调用该方法将会导致主线程被主阻塞。必须要等到子线程结束后才会得到返回值得到返回值 后,主线程才能继续往下执行
    3. V get(long timeout,TimeUnit unit) : 也是得到返回值,但该方法会让程序阻塞timeout和unit指定的时间,若指定时间后还没有返回值 ,则抛出TimeoutException异常。
    4. boolean isCanceled() : 如果在任务结束前被取消了,该方法就会返回true.
    5. boolean isDone() : 如果Callalbe任务已完成,则返回true。

    5.Callable接口方式的多线程示例

    代码

    public class CallableAndFuture {  
        public static class MyCallableClass implements Callable {  
    
            private int i = 0;  
    
            public Integer call() throws Exception {  
                for(;i<1000;i++){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
                }
                return i; 
            }  
        }  
    
        public static void main(String[] args) {  
            // 定义3个Callable类型的任务  
            MyCallableClass task1 = new MyCallableClass();  
            MyCallableClass task2 = new MyCallableClass();  
            MyCallableClass task3 = new MyCallableClass();  
    
            // 创建一个执行任务的服务  
            ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(3); 
            try {  
                // 提交并执行任务,任务启动时返回了一个Future对象,  
                // 如果想得到任务执行的结果或者是异常可对这个Future对象进行操作  
                Future future1 = es.submit(task1);  
                // 如果调用get方法,当前线程会等待任务执行完毕后才往下执行  
               // System.out.println("task1: " + future1.get());  
    
                Future future2 = es.submit(task2);  
                //System.out.println("task2 cancel: " + future2.cancel(true));  
    
                // 获取第三个任务的输出,因为执行第三个任务会引起异常  
                // 所以下面的语句将引起异常的抛出  
                Future future3 = es.submit(task3);  
                //System.out.println("task3: " + future3.get());  
            } catch (Exception e) {  
                System.out.println(e.toString());  
            }  
            // 停止任务执行服务  
            es.shutdownNow();  
        }  
    } 
    

    结果片段

    pool-1-thread-2 502
    pool-1-thread-3 867
    pool-1-thread-2 503
    pool-1-thread-3 868
    pool-1-thread-2 504
    pool-1-thread-3 869
    pool-1-thread-2 505
    pool-1-thread-3 870
    pool-1-thread-2 506
    pool-1-thread-3 871
    pool-1-thread-2 507
    

    结果分析
    只要不调用get()方法,就不会阻塞,多个线程之间会交替执行;从序号可看出,每个线程的都是连续的,所以每个线程之间不共享实例变量 i ,这跟Thread方式是一样的。原因是每个线程我们都new了一个task的。

    四、三种创建方式区别

    首先三种方式都可以创建多线程。
    Thread方式和Callable方式不能共享实例变量;而Runnalbe方式可共享,因为能共享target。
    因为通过实现Runnable接口与Callable接口类似,只是Callable接口方式的call()方法有返回值和可声明抛出异常,所以我们将这两种方式统称为RC方式。通过继承Thread类方式称为T方式。

    1. RC方式优缺点:

    1. 优点

      1. 还可以继承其他类。
      2. 多个线程可共享一个target对象。适用于多个线程处理同一份资源的情况。
    2. 缺点
      编程稍稍复杂些。

    2. T方式优缺点:

    1. 优点
      编程简单。

    2. 缺点
      因为单继承的限制,不能再继承其他类了。

    综上分析:最好采用RC方式。


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    参考文章

    1. https://www.jianshu.com/p/22d6ebe1b30a
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  • 操作系统实验:线程创建与撤销

    千次阅读 2020-04-20 11:20:00
    一、实验目的 (1)熟悉windows系统提供的线程创建与撤销系统调用。 (2)掌握windows系统环境下线程创建与撤销方法。 (3)掌握CreateThread()函数和ExitThread()函数。 ...

    一、实验目的

    (1)熟悉windows系统提供的线程创建与撤销系统调用。
    (2)掌握windows系统环境下线程的创建与撤销方法。
    (3)掌握CreateThread()函数和ExitThread()函数。 
    

    二、实验准备

    (1).实验在windows XP,VC++6.0环境下进行。在这一步,安装了Windows XP虚拟机,学会了创建一个控制台工程文件。
    
    (2).百度句柄的含义:句柄(handle),有多种意义,第一种解释:句柄是一种特殊的智能指针 。当一个应用程序要引用其他系统(如数据库、操作系统)所管理的内存块或对象时,就要使用句柄。句柄是Windows用来标志应用程序中建立的或是适用的对象的唯一整数,Windows大量使用了句柄来标识对象。
    
    (3).参照实验指导学习函数原型--CreateThread()函数:--线程创建
    	HANDLE CreateThread(
      		LPSECURITY_ATTRIBUTES   IpThreadAttributes,
      		DWORD                   dwStackSize,
      		LPTHREAD_START_ROUTINE  IpStartAddress,
      		LPVOID 					IpParameter,
      		DWORD                   dwCreationFlags,
      		LPDWORD                 IpThreadId
      	);
    	!!!实例化:HANDLE h1 = CreateThread( NULL, 0, Fun1, NULL, 0, NULL );
    	<1>.参数IpThreadAttributes指定线程安全属性,当其为NULL时,则线程获取默认安全描述符。
    	<2>.参数dwStackSize指定线程堆栈的初始大小,以字节为单位。如果此参数为0,则新线程使用可执行文件的默认大小。
    	<3>.参数IpStartAddress指定由线程执行的自定义函数的指针。
    	<4>.参数IpParameter指定自定义函数的参数。
    	<5>.参数dwCreationFlags指定线程创建后所处的状态。该值为0,表示线程创建后立即执行。
    	<6>.参数IpThreadId指定接收线程标识符的变量的指针。该参数为 NULL,则不返回线程标识符。
    	---如果函数成功,则返回值是新线程的句柄。如果函数失败,则返回值为NULL。
    	
    (4).参照实验指导学习函数原型--ExitThread()函数:--撤销进程
    	<1>.ExitThread()用于撤销当前进程。
    	<2>.该函数没有返回值。
    	<3>.用法举例:ExitThread(0);//参数0表示要撤销进程中的所有线程
    	
    (5).参照实验指导学习函数原型--TerminateThread()函数:--终止线程
    	TerminateThread()用于终止当前线程。该函数与ExitThread()的区别在于,ExitThread()在撤销线程时将该线程所拥有的资源全部归还给系统,而TerminateThread()不归还资源。在实验中用ExitThread()函数居多。
    	
    (6).参照实验指导学习函数原型--Sleep()函数:--挂起线程
    	该函数没有返回值。
    	
    (7).参照实验指导学习函数原型--CloseHandle()函数:--关闭句柄
    	返回值:如果函数调用成功,则返回值为非0值;如果函数调用失败,则返回值为0.若要得到更多的错误信息,调用函数GetLastError()查询。
    

    三、实验内容

    (一)实验内容
    实验1.使用系统调用CreatThread()创建一个子线程,并在子线程中显示;Thread is Running!.为了能让用户清楚地看到线程的运行情况,使用Sleep()使线程挂起5s,之后使用ExitThread(0)撤销进程.
    
    实验2.模仿教学视频中的程序,改写一个吃苹果进程,采用多线程‘吃苹果’与单一线程‘吃苹果’做对比。了解多线程的运行原理。
    
    (二)主要代码:

    实验一:

    #include "stdafx.h"
    #include "01.h"
    
    #ifdef _DEBUG
    #define new DEBUG_NEW
    #undef THIS_FILE
    static char THIS_FILE[] = __FILE__;
    #endif
    
    void ThreadName1();
    static HANDLE hHandle1=NULL;
    DWORD dwThreadID1;
    
    using namespace std;
    
    int _tmain(int argc, TCHAR* argv[], TCHAR* envp[])
    {
    	int nRetCode = 0;
    
    	hHandle1 = CreateThread( (LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL,
    		0,
    		(LPTHREAD_START_ROUTINE) ThreadName1,
    		(LPVOID) NULL,
    		0, &dwThreadID1 );
    	Sleep(5000);
    	CloseHandle(hHandle1);
    	ExitThread(0);
    
    	return nRetCode;
    }
    
    void ThreadName1()
    {
    	printf("Thread is running!");
    }
    

    实验二:

    #include "stdafx.h"
    #include "011.h"
    
    #ifdef _DEBUG
    #define new DEBUG_NEW
    #undef THIS_FILE
    static char THIS_FILE[] = __FILE__;
    #endif
    
    CWinApp theApp;
    
    using namespace std;
    
    void eatApple(int number){
    	Sleep((3 - number)*1000);
    	printf("I'm eatting #%d apples.\n",number);
    }
    
    int _tmain(int argc, TCHAR* argv[], TCHAR* envp[])
    {
    	int nRetCode = 0;
    
    	HANDLE h1 = NULL;
    	HANDLE h2 = NULL;
    	HANDLE h3 = NULL;
    	DWORD Th1 = NULL;
    	DWORD Th2 = NULL;
    	DWORD Th3 = NULL;
    
    	int a=0;
    	int b=1;
    	int c=2;
    	h1 = CreateThread( (LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL,
    		0,
    		(LPTHREAD_START_ROUTINE) eatApple,
    		(LPVOID) a,
    		0, &Th1 );
    	h2 = CreateThread( (LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL,
    		0,
    		(LPTHREAD_START_ROUTINE) eatApple,
    		(LPVOID) b,
    		0, &Th2 );
    	h3 = CreateThread( (LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL,
    		0,
    		(LPTHREAD_START_ROUTINE) eatApple,
    		(LPVOID) c,
    		0, &Th3 );
    
    	eatApple(a);
    	eatApple(b);
    	eatApple(c);
    	
    	ExitThread(0);
    	return nRetCode;
    }
    

    四、实验结果与总结

    实验一总结:
       在Windows系统中进程是资源的拥有者,线程是系统调用的基本单位。  
       进程创建后,其主线程也随即被创建。在该实验中,有创建了一个名为  
       ThreadName1的子线程,该子线程与主线程并并发的被系统调度。  
       为了能让用户清楚地看到线程的运行情况,在主线程创建了子线程之后,  
       将主线程挂起5s,以确保子线程能够运行完毕,
       之后调用ExitThread(0)将所有线程撤销。
    

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    实验二总结:
       在该实验中,创建了Th1 Th2 Th3三个子线程,为了能清楚地看到线程的运行情况,在主线程创建了子线程之后,
       打印“I'm eatting apples”以确保能够直观的看出运行情况,
       之后调用ExitThread(0)将所有线程撤销。
       ExitThread(0)的使用:
       	void eatApple(int number){
    	Sleep((3 - number)*1000);
    	printf("I'm eatting #%d apples.\n",number);
    		while(1){
    			printf("#%d is exiting.\n\n",number);
    			ExitThread(0);
    		}
    	}
    PS:视频中用的是这种方法,但是我在学习文档中看到ExitThread(0)表示要撤销进程中的所有线程。所以我没用视频中的方法,直接在代码后面加了“ExitThread(0);”语句。
    

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    实验一:线程的创建与撤销

    一、实验目的

    (1)熟悉windows系统提供的线程创建与撤销系统调用。

    (2)掌握windows系统环境下线程的创建与撤销方法。

    二、实验准备

    线程的概念

    (1)线程(thread),是操作系统能够进行运算调度的最小单位。

    (2)它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位。

    (3)线程是独立调度和分配的基本单位。

    (4)一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流。

    (5)一个进程中可以并发多个线程,每条线程并行执行不同的任务。

    工具

    1.创建线程

    CreateThread()完成线程的创建,它在调用进程的地址空间上创建一个线程,执行指定的函数,并返回新建立的线程的句柄。

    HANDLE CreateThread(
    		LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,//为线程指定安全属性
    		DWORD dwStackSize,   //线程堆栈的大小,传入0表示默认大小(1MB)
    		LPSECURITY_START_ROUTINE lpStartAddress,  //指定线程要执行的函数
    		LPVOID lpparameter,  //函数要传递的参数,NULL表示无参数传入
    		DWORD dwCreationFlags,  //指定线程创建后所处的状态
    		LPDWORD lpThreadId  //系统返回的线程标识符
    		
    )
    
    2.撤销进程

    ExitThread()函数,强制线程终止运行:该函数将终止线程的运行,并导致操作系统清楚该线程使用的所有操作系统资源。(ps:C++资源,如C++类对象,将不被撤销)

    3.终止线程

    TeminateThread()函数也能够终止线程的运行,该函数与ExitThread()的区别在于,ExitThread()在撤销线程是将该线程所拥有的资源全部归还给系统,而TerminateThread()不归还资源。(在这里不推荐使用)

    4.关闭句柄

    CloseHandle()用于关闭已打开的对象的句柄,其作用与释放动态申请的内存空间类似,这样可以释放系统资源,使线程安全运行。

    三、实验内容

    代码分析:

    1.创建单线程:

    void eatApple(int apple_number)
    {
    	Sleep((3-apple_number)*1000);
    	printf("I'm eating apple #%d\n",apple_number);
    }
    int _tmain(int argc, TCHAR* argv[], TCHAR* envp[])
    {
    	int a=0;
    	int b=1;
    	int c=2;
    	eatApple(a);
    	eatApple(b);
    	eatApple(c);
    	return 0;
    }
    
    

    2.创建多线程:

    void eatApple(int apple_number)
    {
    	Sleep((3-apple_number)*1000);
    	printf("I'm eating apple #%d\n",apple_number);
    }
    int _tmain(int argc, TCHAR* argv[], TCHAR* envp[])
    {
    	
    	HANDLE handle1=NULL;
    	HANDLE handle2=NULL;
    	HANDLE handle3=NULL;
    	DWORD ThreadID1=NULL;
    	DWORD ThreadID2=NULL;
    	DWORD ThreadID3=NULL;
    	int a=0;
    	int b=1;
    	int c=2;
    	handle1=CreateThread((LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE) eatApple,(LPVOID) a,0,&ThreadID1);
    	handle2=CreateThread((LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE) eatApple,(LPVOID) b,0,&ThreadID2);
    	handle3=CreateThread((LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE) eatApple,(LPVOID) c,0,&ThreadID3);
    	Sleep(10000);
    	return 0;
    }
    
    

    3.撤销进程:

    void eatApple(int apple_number)
    {
    	Sleep((3-apple_number)*1000);
    	printf("I'm eating apple #%d\n",apple_number);
    	while(1){
    		printf("#%d is exiting.\n",apple_number);
    		ExitThread(0);
    	}
    }
    

    四、实验结果与总结

    1.创建单线程执行结果:

    1

    eatApple()函数里休眠时间中要用3减去苹果个数,这样的话,传递的参数就不能超过3,等于3的时候休眠时间为0,与上一条语句同时输出,超过3无意义?

    2.创建多线程执行结果:

    2

    在主函数中必须要加入休眠语句,这样不会因为主线程的结束而使创建的线程结束。同时由于sleep函数的介入,运行顺序被更改,表示三个进程运行不相互影响。(单线程与多线程的运行顺序是相反的。)

    3.撤销进程执行结果:

    3

    想知道调用ExitThread()时参数为什么为0?

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