Java并发编程-线程基本概念

逃离我推掉我的手 2022-11-21 14:55 219阅读 0赞

# java并发编程-线程基本概念 #

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## 一、前言 ##

首先Java对线程的支持其实是一把双刃剑，虽然Java为我们提供了线程处理的丰富Java库及内存模型支持线程，但同时对开发人员技术提出了更高的要求，我们必须考虑更多的问题比如：执行顺序，线程安全，死锁等。用好了能够提升系统的性能，用不好严重影响系统的使用性。

## 二 多线程基础 ##

聊多线程前我们必须理解两个概念：进程及线程，线程的状态。

### 2.1 进程及线程概念 ###

在计算机中，我们把一个任务称为一个进程，浏览器就是一个进程，视频播放器是另一个进程，类似的，音乐播放器和Word都是进程。

某些进程内部还需要同时执行多个子任务。例如，我们在使用Word时，Word可以让我们一边打字，一边进行拼写检查，同时还可以在后台进行打印，我们把子任务称为线程。

进程和线程是包含关系，但是多任务既可以由多进程实现，也可以由单进程内的多线程实现，还可以混合多进程＋多线程

### 2.2 线程的状态 ###

在Java程序中，一个线程对象只能调用一次`start()`方法启动新线程，并在新线程中执行`run()`方法。一旦`run()`方法执行完毕，线程就结束了。因此，Java线程的状态有以下几种：

*  New：新创建的线程，尚未执行；
 *  Runnable：运行中的线程，正在执行`run()`方法的Java代码；
 *  Blocked：运行中的线程，因为某些操作被阻塞而挂起；
 *  Waiting：运行中的线程，因为某些操作在等待中；
 *  Timed Waiting：运行中的线程，因为执行`sleep()`方法正在计时等待；
 *  Terminated：线程已终止，因为`run()`方法执行完毕。

用一个状态转移图表示如下：

┌─────────────┐
             │     New     │
             └─────────────┘
                    │
                    ▼
    ┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┐
     ┌─────────────┐ ┌─────────────┐
    ││  Runnable   │ │   Blocked   ││
     └─────────────┘ └─────────────┘
    │┌─────────────┐ ┌─────────────┐│
     │   Waiting   │ │Timed Waiting│
    │└─────────────┘ └─────────────┘│
     ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─
                    │
                    ▼
             ┌─────────────┐
             │ Terminated  │
             └─────────────┘

当线程启动后，它可以在`Runnable`、`Blocked`、`Waiting`和`Timed Waiting`这几个状态之间切换，直到最后变成`Terminated`状态，线程终止。

### 2.3 多线程 ###

Java 给多线程编程提供了内置的支持。 一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，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。

因此，对于大多数Java程序来说，我们说多任务，实际上是说如何使用多线程实现多任务。

和单线程相比，多线程编程的特点在于：**多线程经常需要读写共享数据，并且需要同步**。例如，播放电影时，就必须由一个线程播放视频，另一个线程播放音频，两个线程需要协调运行，否则画面和声音就不同步。因此，多线程编程的复杂度高，调试更困难。

> 在一定范围内增加线程数量的确可以提升系统的处理能力，但是过多的创建线程将会降低系统的处理速度，如果无限制的创建线程，将会使系统崩溃

### 2.4 多线程并发与并行概念 ###

在开发中我们经常听到并发与并行等多线程处理方式，我们这里先对并发与并行做个区分：

并发是指多个任务，这些任务在重叠的时间段内以无特定顺序启动，运行和完成。并行是指多个任务或唯一任务的多个部分实际上在同一时间（例如在多核处理器上）运行。请记住，并发和并行性不是一回事。

当有多个线程在操作时，如果系统只有一个CPU，则它根本不可能真正同时进行一个以上的线程，它只能把CPU运行时间划分成若干个时间段，再将时间段分配给各个线程执行，在一个时间段的线程代码运行时，其它线程处于挂起状态。这种方式我们称之为并发（Concurrent）。

当系统有一个以上CPU时，则线程的操作有可能非并发。当一个CPU执行一个线程时，另一个CPU可以执行另一个线程，两个线程互不抢占CPU资源，可以同时进行，这种方式我们称之为并行（Parallel）。

## 三 线程安全 ##

学习多线程关于线程安全也是一块很重要的内容，只要我们理解了线程安全才能更好的将多线程应用到实际的编程中。

在了解线程安全前我们得先了解为什么会产生线程不安全原因：在同一程序中运行多个线程本身不会导致问题，问题在于多个线程访问了相同的资源。如，同一内存区（变量，数组，或对象）、系统（数据库，web services等）或文件，对共享资源的竞争是产生线程安全的主要原因。

线程安全问题只会出现在多个线程操作同一个数据上，否则不会出现线程安全问题。 而一般解决这种问题的方式就是加锁。

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