MSDP多線程技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

金艷　夏仕安　張佑龍　方素貞　朱生水

摘要：MSDP是廣東省地震局開發(fā)的地震交互分析處理軟件，在我們的日常工作中發(fā)揮了重要作用。文章就MSDP的多線程技術(shù)進(jìn)行了簡要分析，以便加深對MSDP的基本原理的了解和掌握。

關(guān)鍵詞：MSDP；多線程；JAVA；線程優(yōu)先級

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）05-0020-03

1 概述

MSDP是地震系統(tǒng)常用的地震交互分析處理軟件，MSDP采用了大量的Java技術(shù)，Java多線程就是其中之一。

在Java語言產(chǎn)生前，傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)語言的程序同一時(shí)刻只能單任務(wù)操作，效率非常低，例如程序往往在接收數(shù)據(jù)輸入時(shí)發(fā)生阻塞，只有等到程序獲得數(shù)據(jù)后才能繼續(xù)運(yùn)行。隨著Internet的迅猛發(fā)展，這種狀況越來越不能讓人們?nèi)淌埽喝绻W(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)阻塞，后臺(tái)程序就處于等待狀態(tài)而不繼續(xù)任何操作，而這種阻塞是經(jīng)常會(huì)碰到的，此時(shí)CPU資源被白白地閑置起來。如果在后臺(tái)程序中能夠同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)，該多好??！應(yīng)Internet技術(shù)而生的Java語言解決了這個(gè)問題，多線程程序是Java語言的一個(gè)很重要的特點(diǎn)。在一個(gè)Java程序中，我們可以同時(shí)并行運(yùn)行多個(gè)相對獨(dú)立的線程，例如，我們?nèi)绻麆?chuàng)建一個(gè)線程來進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入輸出，而創(chuàng)建另一個(gè)線程在后臺(tái)進(jìn)行其他的數(shù)據(jù)處理，如果輸入輸出線程在接收數(shù)據(jù)時(shí)阻塞，而處理數(shù)據(jù)的線程仍然在運(yùn)行。多線程程序設(shè)計(jì)大大提高了程序的執(zhí)行效率和處理能力。

2 多線程的概念

每個(gè)正在系統(tǒng)上運(yùn)行的程序都是一個(gè)進(jìn)程。每個(gè)進(jìn)程包含一到多個(gè)線程。進(jìn)程也可能是整個(gè)程序或者是部分程序的動(dòng)態(tài)執(zhí)行。線程是一組指令的集合或者是程序的特殊段，它可以在程序里獨(dú)立執(zhí)行，也可以把它理解為代碼運(yùn)行的上下文。所以線程基本上是輕量級的進(jìn)程，它負(fù)責(zé)在單個(gè)程序里執(zhí)行多任務(wù)。通常由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)多個(gè)線程的調(diào)度和執(zhí)行。

線程是程序中一個(gè)單一的順序控制流程。在單個(gè)程序中同時(shí)運(yùn)行多個(gè)線程完成不同的工作，稱為多線程。線程和進(jìn)程的區(qū)別在于，子進(jìn)程和父進(jìn)程有不同的代碼和數(shù)據(jù)空間，而多個(gè)線程則共享數(shù)據(jù)空間，每個(gè)線程有自己的執(zhí)行堆棧和程序計(jì)數(shù)器為其執(zhí)行上下文，多線程主要是為了節(jié)約CPU時(shí)間。

使用多線程的優(yōu)點(diǎn)：使用線程可以把占據(jù)長時(shí)間的程序中的任務(wù)放到后臺(tái)去處理；用戶界面可以更加吸引人，這樣比如用戶點(diǎn)擊了一個(gè)按鈕去觸發(fā)某些事件的處理，可以彈出一個(gè)進(jìn)度條來顯示處理的進(jìn)度；程序的運(yùn)行速度可能加快；在一些等待的任務(wù)實(shí)現(xiàn)上如用戶輸入、文件讀寫和網(wǎng)絡(luò)收發(fā)數(shù)據(jù)等，線程就比較有用了，在這種情況下可以釋放一些珍貴的資源如內(nèi)存占用等。

3 多線程的創(chuàng)建與使用

3.1 多線程的創(chuàng)建

我們知道Java是面向?qū)ο蟮某绦蛘Z言，用Java進(jìn)行程序設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)和使用類，Java為我們提供了線程類Thread來創(chuàng)建線程，創(chuàng)建線程與創(chuàng)建普通的類的對象的操作是一樣的，而線程就是Thread類或其子類的實(shí)例對象。下面是創(chuàng)建啟動(dòng)一個(gè)線程的語句：

Thread thread1=new Thread（）；//聲明一個(gè)對象實(shí)例，即創(chuàng)建一個(gè)線程；

Thread1.run（）；//用Thread類中的run（）方法啟動(dòng)線程；

從這個(gè)例子中，我們可以通過Thread（）構(gòu)造方法創(chuàng)建一個(gè)線程，并啟動(dòng)該線程。事實(shí)上，啟動(dòng)線程，也就是啟動(dòng)線程的run（）方法，而Thread類中的run（）方法沒有任何操作語句，所以這個(gè)線程沒有任何操作。要使線程實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能，必須定義自己的run（）方法。Java中通常有兩種方式定義run（）方法：

3.1.1 通過定義一個(gè)Thread類的子類，在該子類中重寫run（）方法。Thread子類的實(shí)例對象就是一個(gè)線程，顯然，該線程有我們自己設(shè)計(jì)的線程體run（）方法，啟動(dòng)線程就啟動(dòng)了子類中重寫的run（）方法。

3.1.2 因?yàn)橛袝r(shí)要作為線程運(yùn)行的類可能已經(jīng)是某個(gè)類層次的一部分，所以就不能再按這種機(jī)制創(chuàng)建線程。雖然在同一個(gè)類中可以實(shí)現(xiàn)任意數(shù)量的接口，但Java編程語言只允許一個(gè)類有一個(gè)父類。同時(shí)，某些程序員避免從Thread類導(dǎo)出，因?yàn)樗鼜?qiáng)加了類層次。對于這種情況，就要Runnable接口。通過Runnable接口，在該接口中定義run（）方法的接口。所謂接口跟類非常類似，主要用來實(shí)現(xiàn)特殊功能，如復(fù)雜關(guān)系的多重繼承功能。在此，我們定義一個(gè)實(shí)現(xiàn)Runnable（）接口的類，在該類中定義自己的run（）方法，然后以該類的實(shí)例對象為參數(shù)調(diào)用Thread類的構(gòu)造方法來創(chuàng)建一個(gè)

線程。

在具體應(yīng)用中，采用哪種方法來構(gòu)造線程體要視情況而定。通常，當(dāng)一個(gè)線程已繼承了另一個(gè)類時(shí)，就應(yīng)該用第二種方法來構(gòu)造，即實(shí)現(xiàn)Runnable接口。正如它的名字一樣，Runnable的實(shí)例是可運(yùn)行的，但它自己并不能直接運(yùn)行，它需要被Thread對象來包裝才能運(yùn)行。

使用Runnable接口來實(shí)現(xiàn)多線程使得我們能夠在一個(gè)類中包容所有的代碼，有利于封裝，它的缺點(diǎn)在于，我們只能使用一套代碼，若想創(chuàng)建多個(gè)線程并使各個(gè)線程執(zhí)行不同的代碼，則仍須額外創(chuàng)建類，如果這樣的話，在大多數(shù)情況下也許還不如直接用多個(gè)類分別繼承Thread來得緊湊。

3.2 線程的優(yōu)先級

對于多線程程序，每個(gè)線程的重要程度不盡相同，如多個(gè)線程在等待獲得CPU時(shí)間時(shí)，往往我們需要優(yōu)先級高的線程優(yōu)先搶占到CPU時(shí)間得以執(zhí)行；又如多個(gè)線程交替執(zhí)行時(shí)，優(yōu)先級決定了級別高的線程得到CPU的次數(shù)多一些且時(shí)間多長一些。這樣，高優(yōu)先級的線程處理的任務(wù)效率就高一些。

Java中線程的優(yōu)先級從低到高以整數(shù)1-10表示，共分為10級，設(shè)置優(yōu)先級是通過調(diào)用線程對象的setPriority（）方法，如上例中，設(shè)置優(yōu)先級的語句為：

thread1 threadone=new thread1（）；//用Thread類的子類創(chuàng)建線程；

Thread threadtwo=new Thread（new thread2（））；//用Runnable接口類的對象創(chuàng)建線程；

threadone.setPriority（6）；//設(shè)置threadone的優(yōu)先級6；

threadtwo.setPriority（3）；//設(shè)置threadtwo的優(yōu)先級3；

threadone.start（）；threadtwo.start（）；//strat（）方法啟動(dòng)線程；

這樣，線程threadone將會(huì)優(yōu)先于線程threadtwo執(zhí)行，并將占有更多的CPU時(shí)間。該例中，優(yōu)先級設(shè)置放在線程啟動(dòng)前，也可以在啟動(dòng)后進(jìn)行設(shè)置，以滿足不同的優(yōu)先級需求。

3.3 線程的狀態(tài)

線程也是有狀態(tài)和生命周期的，每個(gè)Java程序都會(huì)有一個(gè)缺省的主線程，對于應(yīng)用程序applcation來說main方法就是一個(gè)主線程。Java語言使用的是Thread類及其子類的對象來表示線程的。創(chuàng)建一個(gè)新的線程的生命周期如下狀態(tài)：

3.3.1 新建：當(dāng)一個(gè)Thread類或者其子類的對象被聲明并創(chuàng)建時(shí)，新的線程對象處于新建狀態(tài)，此時(shí)它已經(jīng)有了相應(yīng)的內(nèi)存空間和其他資源。

3.3.2 就緒：處于新建狀態(tài)的線程被啟動(dòng)后，將進(jìn)入線程隊(duì)列排隊(duì)等待CUP服務(wù)，這個(gè)時(shí)候具備了運(yùn)行的條件，一旦輪到CPU的時(shí)候，就可以脫離創(chuàng)建它的主線程獨(dú)立開始自己的生命周期。

3.3.3 運(yùn)行：就緒的線程被調(diào)度并獲得CUP的處理進(jìn)入了運(yùn)行狀態(tài)，每一個(gè)Thread類及其子類的對象都有一個(gè)重要的run（）方法，當(dāng)線程對象被調(diào)度執(zhí)行的時(shí)候，它將自動(dòng)調(diào)用本對象的run（）方法，從第一句代碼開始執(zhí)行。所以說對線程的操作應(yīng)該寫到run（）方法中。

3.3.4 阻塞：一個(gè)正在執(zhí)行的線程如果在某種情況下不能執(zhí)行了，進(jìn)入阻塞狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候它不能進(jìn)入排隊(duì)狀態(tài)，只有引起了阻塞的原因消失的時(shí)候，線程才可以繼續(xù)進(jìn)入排隊(duì)狀態(tài)等待CUP

處理。

3.3.5 死亡：處于死亡狀態(tài)的線程不具有繼續(xù)執(zhí)行的能力，線程死亡主要的原因是正常運(yùn)行的線程完成了全部工作，即執(zhí)行完了run（）方法，另外就是被提前強(qiáng)制地終止了。

為了解決對共享存儲(chǔ)區(qū)的訪問沖突，Java引入了同步機(jī)制，現(xiàn)在讓我們來考察多個(gè)線程對共享資源的訪問，顯然同步機(jī)制已經(jīng)不夠了，因?yàn)樵谌我鈺r(shí)刻所要求的資源不一定已經(jīng)準(zhǔn)備好了被訪問，反過來，同一時(shí)刻準(zhǔn)備好了的資源也可能不止一個(gè)。為了解決這種情況下的訪問控制問題，Java引入了對阻塞機(jī)制的支持。

阻塞指的是暫停一個(gè)線程的執(zhí)行以等待某個(gè)條件發(fā)生（如某資源就緒），學(xué)過操作系統(tǒng)的同學(xué)對它一定已經(jīng)很熟悉了。Java提供了大量方法來支持阻塞包括sleep（）方法、suspend（）方法/yield（）方法、wait（）方法等。

4 結(jié)語

多線程雖然在編程中有著巨大的作用，但是多線程本身也有一些缺點(diǎn)：如果有大量的線程，會(huì)影響性能，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)需要在它們之間切換；更多的線程需要更多的內(nèi)存空間；線程可能會(huì)給程序帶來更多“bug”，因此要小心使用；線程的中止需要考慮其對程序運(yùn)行的影響；通常塊模型數(shù)據(jù)是在多個(gè)線程間共享的，需要防止線程死鎖情況的

發(fā)生。

多線程的核心在于多個(gè)代碼塊并行執(zhí)行，本質(zhì)特點(diǎn)在于各代碼塊之間的代碼是亂序執(zhí)行的，因此，程序是否需要多線程、如何合理地利用多線程，就要視程序的需求而定，只有當(dāng)它完全符合多線程的特點(diǎn)時(shí)，多線程機(jī)制對線程通信和線程管理的強(qiáng)大支持才能有用武之地。

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作者簡介：金艷（1983-），女，浙江諸暨人，安徽省地震局助理工程師，研究方向：地震震相分析。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）