java多线程详解(并发,并行,同步)

末蓝、 2022-06-13 09:41 392阅读 0赞

**并行和并发:**

引子:前面讲到程序的运行流程的时候，说程序在没有流程控制前提下，代码都是从上而下逐行执行的。  
需求:现在需要设计一个程序想要完成边运行游戏,边播放歌的功能，怎么设计？

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要解决上述问题,咱们得使用多进程或者多线程来解决.

并发和并行是即相似又有区别(微观概念)：  
并行：指两个或多个事件在同一时刻点发生；  
并发：指两个或多个事件在同一时间段内发生。  
在操作系统中，在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内宏观上有多个程序在同时运行，但在单CPU系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行（时间片），故微观上这些程序只能是分时地交替执行。  
倘若计算机系统中有多个CPU，则这些可以并发执行的程序便可被分配到多个处理器上，实现多任务并行执行，即利用每个处理器来处理一个可并发执行的程序，这样，多个程序便可以同时执行，因为是微观的，所以大家在使用电脑的时候感觉就是多个程序是同时执行的。  
所以，大家买电脑的时候喜欢买“核”多的，其原因就是“多核处理器”电脑可以同时并行地处理多个程序，从而提高了电脑的运行效率。  
单核处理器的计算机肯定是不能并行的处理多个任务的，只能是多个任务在单个CPU上并发运行。  
同理,线程也是一样的，从宏观角度上理解线程是并行运行的，但是从微观角度上分析却是串行运行的，即一个线程一个线程的去运行，当系统只有一个CPU时，线程会以某种顺序执行多个线程，我们把这种情况称之为线程调度。  
时间片即CPU分配给各个程序的运行时间(很小的概念).

**进程和线程:**

进程是指一个内存中运行中的应用程序。每个进程都有自己独立的一块内存空间，一个应用程序可以同时启动多个进程。比如在Windows系统中，一个运行的abc.exe就是一个进程。  
那么我们此时就可以处理同时玩游戏和听音乐的问题了，我们可以设计成两个程序，一个专门负责玩游戏，一个专门负责听音乐。  
但是问题来了，要是要设计一个植物大战僵尸游戏，我得开N个进程才能完成多个功能，这样的设计显然是不合理的。  
更何况大多数操作系统都不需要一个进程访问其他进程的内存空间，也就是说进程之间的通信很不方便。  
此时我们得引入“线程”这门技术，来解决这个问题。  
线程是指进程中的一个执行任务(控制单元)，一个进程可以同时并发运行多个线程，如：多线程下载软件。  
多任务系统,该系统可以运行多个进程,一个进程也可以执行多个任务,一个进程可以包含多个线程.  
一个进程至少有一个线程，为了提高效率，可以在一个进程中开启多个执行任务,即多线程。  
多进程：操作系统中同时运行的多个程序。  
多线程：在同一个进程中同时运行的多个任务。  
我们查看Windows环境下的任务管理器：  
  在操作系统中允许多个任务，每一个任务就是一个进程，每一个进程也可以同时执行多个任务，每一个任务就是线程。  
进程与线程的区别：  
进程：有独立的内存空间，进程中的数据存放空间（堆空间和栈空间）是独立的，至少有一个线程。  
线程：堆空间是共享的，栈空间是独立的，线程消耗的资源也比进程小，相互之间可以影响的，又称为轻型进程或进程元。  
因为一个进程中的多个线程是并发运行的，那么从微观角度上考虑也是有先后顺序的，那么哪个线程执行完全取决于CPU调度器(JVM来调度)，程序员是控制不了的。  
我们可以把多线程并发性看作是多个线程在瞬间抢CPU资源，谁抢到资源谁就运行，这也造就了多线程的随机性。  
Java程序的进程(Java的一个程序运行在系统中)里至少包含主线程和垃圾回收线程(后台线程)。  
线程调度:  
计算机通常只有一个CPU时,在任意时刻只能执行一条计算机指令,每一个进程只有获得CPU的使用权才能执行指令.  
所谓多进程并发运行,从宏观上看,其实是各个进程轮流获得CPU的使用权,分别执行各自的任务.  
那么,在可运行池中,会有多个线程处于就绪状态等到CPU,JVM就负责了线程的调度.  
JVM采用的是抢占式调度,没有采用分时调度,因此可以能造成多线程执行结果的的随机性。  
**多线程优势:**

多线程作为一种多任务、并发的工作方式，当然有其存在优势：  
①  进程之前不能共享内存，而线程之间共享内存(堆内存)则很简单。  
② 系统创建进程时需要为该进程重新分配系统资源,创建线程则代价小很多,因此实现多任务并发时,多线程效率更高.  
③ Java语言本身内置多线程功能的支持,而不是单纯第作为底层系统的调度方式,从而简化了多线程编程.  
CS游戏/单行道和多行道  
多线程下载:可以理解为一个线程就是一个文件的下载通道，多线程也就是同时开起好几个下载通道。当服务器提供下载服务时，使用下载者是共享带宽的，在优先级相同的情况下，总服务器会对总下载线程进行平均分配。  
不难理解，如果你线程多的话，那下载的越快。现流行的下载软件都支持多线程。  
多线程是为了同步完成多项任务，不是为了提供程序运行效率，而是通过提高资源使用效率来提高系统的效率。  
所以现在大家买电脑的时候，也应该看看CPU的线程数。  
**java操作进程:**  
  在Java代码中如何去运行一个进程(简单讲解,获取进程中的数据(IO)).  
  方式1:Runtime类的exec方法:  
  方式2:ProcessBuilder的start方法:

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**创建和启动线程:**

方式1：继承Thread类;  
步骤:  
1):定义一个类A继承于java.lang.Thread类.  
2):在A类中覆盖Thread类中的run方法.  
3):我们在run方法中编写需要执行的操作---->run方法里的,线程执行体.  
4):在main方法(线程)中,创建线程对象,并启动线程.  
    创建线程类对象:                              A类   a  =  new   A类();  
    调用线程对象的start方法:     a.start();//启动一个线程  
注意:千万不要调用run方法,如果调用run方法好比是对象调用方法,依然还是只有一个线程,并没有开启新的线程.  
方式2：实现Runnable接口;  
线程类(java.lang.Thread): Thread类和Thread的子类才能称之为线程类. 阅读API.  
别忘了主线程(mainf方法运行,表示主线程).  
步骤:  
1):定义一个类A实现于java.lang.Runnable接口,注意A类不是线程类.  
2):在A类中覆盖Runnable接口中的run方法.  
3):我们在run方法中编写需要执行的操作---->run方法里的,线程执行体.  
4):在main方法(线程)中,创建线程对象,并启动线程.  
     创建线程类对象:                       Thread  t = new Thread(new  A());      
     调用线程对象的start方法:          t.start();

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