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创建多线程应用程序：全面指南
目录
- 1. 简介 ................................................................................... 3
- 2. 理解多线程应用程序 ... 5
- 2.1 什么是多线程？ .................................... 6
- 2.2 多线程的好处 .......................... 7
- 2.3 多线程中的关键方法 .................... 8
- 3. 构建多线程应用程序 ............... 10
- 3.1 设置项目 .......................................... 11
- 3.2 创建 MyCounter 类 ............................ 13
- 3.3 实现 Main 方法 ............................ 16
- 3.4 添加 Thread.sleep .................................................... 19
- 3.5 衡量执行时间 .................................... 21
- 4. 同步执行 vs. 多线程执行 .... 24
- 5. 结论 ................................................................................... 28
- 6. 附加资源 ....................................................... 29
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简介
在快速发展的软件开发世界中，理解如何有效地同时管理多个任务至关重要。多线程应用程序使开发人员能够同时执行多个操作，提升性能和响应能力。本电子书深入探讨了多线程应用程序的复杂性，引导您创建一个简单的多线程程序。无论您是初学者还是具备基础知识的开发人员，本指南都为掌握 Java 中的多线程提供了清晰简明的路径。
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理解多线程应用程序
什么是多线程？
多线程是一种编程技术，允许多个线程在单个进程中并发运行。每个线程代表一个独立的执行路径，使任务能够同时进行。这对于需要高性能和响应能力的应用程序尤为有利，例如 web servers、gaming engines 和 real-time data processing systems。
多线程的好处
| 好处 | 描述 |
|---|---|
| 增强性能 | 允许多个操作并行执行，减少总体执行时间。 |
| 改善响应能力 | 通过在后台执行任务而不打断主进程，保持应用程序的响应。 |
| 资源利用率 | 通过将任务分配到多个线程，最大化 CPU 使用率。 |
| 可扩展性 | 便于创建能够处理增加工作负载的可扩展应用程序。 |
多线程中的关键方法
理解与多线程相关的基本方法对于有效实施至关重要。一些关键方法包括：
- start()：启动一个新线程。
- run()：包含线程执行的代码。
- sleep(long millis)：暂停线程指定的时间。
- wait()：使当前线程等待，直到另一个线程调用 notify()。
- yield()：建议当前线程愿意放弃当前处理器的使用。
这些方法构成了 Java 中线程管理和同步的基础。
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构建多线程应用程序
设置项目
要开始构建我们的多线程应用程序，我们将设置一个 Java 项目。确保您的计算机上已安装 Java Development Kit (JDK)。使用像 IntelliJ IDEA 或 Eclipse 这样的集成开发环境 (IDE) 可以简化此过程。
项目结构：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 |
S12L02 - Creating thread by extending the thread class/ ├── pom.xml ├── src/ │ ├── main/ │ │ └── java/ │ │ └── org/ │ │ └── studyeasy/ │ │ ├── Main.java │ │ └── MyCounter.java │ └── test/ │ └── java/ ├── target/ |
注意：pom.xml 文件用于 Maven 中的项目配置。
创建 MyCounter 类
MyCounter 类是我们多线程应用程序的基础。它包含用于计数和显示迭代值的逻辑。
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 |
package org.studyeasy; public class MyCounter { private int threadNumber; // Constructor public MyCounter(int threadNumber) { this.threadNumber = threadNumber; } // Method to perform counting public void countMe() { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println("Thread " + threadNumber + ": Iteration " + i); } } } |
解释：
- threadNumber：标识线程，有助于区分多个线程的输出。
- Constructor：初始化 threadNumber。
- countMe()：从 0 迭代到 9，打印当前线程编号和迭代计数。
实现 Main 方法
Main 类协调多个 MyCounter 实例的创建和执行。
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 |
package org.studyeasy; public class Main { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 创建第一个计数器 MyCounter counter1 = new MyCounter(1); counter1.countMe(); // 显示分隔符 System.out.println("**********"); // 创建第二个计数器 MyCounter counter2 = new MyCounter(2); counter2.countMe(); } } |
解释：
- counter1 & counter2：实例化具有不同线程编号的 MyCounter 对象。
- countMe()：调用每个计数器的计数方法。
- 分隔符：通过区分不同线程的输出，增强可读性。
输出：
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
Thread 1: Iteration 0 Thread 1: Iteration 1 ... Thread 1: Iteration 9 ********** Thread 2: Iteration 0 Thread 2: Iteration 1 ... Thread 2: Iteration 9 |
添加 Thread.sleep
为了模拟处理延迟并观察同步执行，我们将引入 sleep 方法。
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 |
package org.studyeasy; public class MyCounter { private int threadNumber; // Constructor public MyCounter(int threadNumber) { this.threadNumber = threadNumber; } // Method to perform counting with sleep public void countMe() throws InterruptedException { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println("Thread " + threadNumber + ": Iteration " + i); Thread.sleep(500); // 暂停线程 500 毫秒 } } } |
解释：
- Thread.sleep(500)：在每次迭代后引入 500 毫秒的暂停，模拟处理时间。
- throws InterruptedException：表示该方法可能抛出 InterruptedException，需要在 main 方法中处理异常。
更新后的 Main 方法：
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package org.studyeasy; public class Main { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 创建第一个计数器 MyCounter counter1 = new MyCounter(1); counter1.countMe(); // 显示分隔符 System.out.println("**********"); // 创建第二个计数器 MyCounter counter2 = new MyCounter(2); counter2.countMe(); } } |
带有 Sleep 的输出：
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Thread 1: Iteration 0 (Thread 暂停 500ms) Thread 1: Iteration 1 ... Thread 1: Iteration 9 ********** Thread 2: Iteration 0 (Thread 暂停 500ms) Thread 2: Iteration 1 ... Thread 2: Iteration 9 Total time required for processing: 10 seconds |
注意：总时间与累计的暂停时间一致，突出同步执行。
衡量执行时间
为了评估同步的性能影响，我们将衡量总执行时间。
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package org.studyeasy; public class Main { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { long startTime = System.currentTimeMillis(); // 创建第一个计数器 MyCounter counter1 = new MyCounter(1); counter1.countMe(); // 显示分隔符 System.out.println("**********"); // 创建第二个计数器 MyCounter counter2 = new MyCounter(2); counter2.countMe(); long endTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println("Total time required for processing: " + (endTime - startTime)/1000 + " seconds"); } } |
解释：
- startTime & endTime：在执行前后捕获系统当前时间。
- 总时间计算：用 endTime 减去 startTime 来确定总处理时长。
示例输出：
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1 2 3 4 5 6 7 8 |
Thread 1: Iteration 0 ... Thread 1: Iteration 9 ********** Thread 2: Iteration 0 ... Thread 2: Iteration 9 Total time required for processing: 10 seconds |
注意：总时间与累计的暂停时间一致，突出同步执行。
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同步执行 vs. 多线程执行
在当前实现中，应用程序同步运行，这意味着每个线程在下一个线程开始之前完成其执行。这导致总处理时间与线程数量成正比。
同步执行的特点：
- 顺序处理：一次执行一个线程。
- 可预测的行为：易于跟踪执行流程。
- 较长的处理时间：总时间随线程数量增加而增加。
多线程执行的优势：
- 并发处理：多个线程同时运行。
- 减少总时间：随着线程并行操作，执行时间减少。
- 增强响应能力：特别是在 GUI 应用程序中，应用程序保持响应。
要从同步执行过渡到多线程执行，我们将利用 Java 的 Thread 类或实现 Runnable 接口，使线程能够并发运行。
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结论
本指南提供了 Java 中多线程应用程序的基础理解。通过创建一个简单的 MyCounter 类并在 Main 类中协调其执行，我们探讨了线程创建、同步和性能衡量的基础。虽然同步方法提供了简单性，但采用多线程可以显著提升应用程序的性能和响应能力。随着您的学习深入，深入了解线程管理、同步机制和高级并发工具将使您能够构建稳健且高效的应用程序。
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注意：本文由 AI 生成。
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附加资源
- Oracle Java 文档：线程
- Brian Goetz 著《Java 并发实践》
- TutorialsPoint: Java 多线程
- Baeldung: Java 中线程介绍
- GeeksforGeeks: Java 中的多线程
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