Java多线程 ----- Java进程与线程基础

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2023-10-14 14:54 60阅读 0赞

### 进程与线程的区别 ###

**（1）进程概念  
  进程是表示资源分配的基本单位。** 例如，用户运行自己的程序，系统就创建一个进程，并为它分配资源，包括各种表格、内存空间、磁盘空间、I/O设备等。然后，把该进程放入进程的就绪队列。进程调度程序选中它，为它分配CPU以及其它有关资源，该进程才真正运行。所以，**进程是系统中的并发执行的单位。**  
  在微内核系统（Mac、Windows NT等）中，真正调度运行的基本单位是线程。因此，实现并发功能的单位是线程。

**（2）线程概念**  
  **线程是进程中执行运算的最小单位，亦即执行处理机调度的基本单位。** 如果把进程理解为在逻辑上操作系统所完成的任务，那么线程表示完成该任务的许多可能的子任务之一。例如，假设用户启动了一个窗口中的数据库应用程序，操作系统就将对数据库的调用表示为一个进程。假设用户要从数据库中产生一份工资单报表，并传到一个文件中，这是一个子任务；在产生工资单报表的过程中，用户又可以输人数据库查询请求，这又是一个子任务。这样，操作系统则把每一个请求――工资单报表和新输人的数据查询表示为数据库进程中的独立的线程。线程可以在处理器上独立调度执行，这样，在多处理器环境下就允许几个线程各自在单独处理器上进行。操作系统提供线程就是为了方便而有效地实现这种并发性。

**（3）线程与进程的比较**  
  1、调度：在传统的操作系统中，拥有资源的基本单位和独立调度、分派的基本单位都是进程。而在引入线程的操作系统中，则把线程作为调度和分派的基本单位。而把进程作为资源拥有的基本单位，使传统进程的两个属性分开，线程便能轻装运行，从而可显著地提高系统的并发程度。在同一进程中，线程的切换不会引起进程的切换，在由一个进程中的线程切换到另一个进程中的线程时，将会引起进程的切换。  
  2、并发性：在引入线程的操作系统中，不仅进程之间可以并发执行，而且在一个进程中的多个线程之间，亦可并发执行，因而使操作系统具有更好的并发性，从而能更有效地使用系统资源和提高系统吞吐量。例如，在一个未引入线程的单CPU操作系统中，若仅设置一个文件服务进程，当它由于某种原因而被阻塞时，便没有其它的文件服务进程来提供服务。在引入了线程的操作系统中，可以在一个文件服务进程中，设置多个服务线程，当第一个线程等待时，文件服务进程中的第二个线程可以继续运行；当第二个线程阻塞时，第三个线程可以继续执行，从而显著地提高了文件服务的质量以及系统吞吐量。  
  3、拥有资源：不论是传统的操作系统，还是设有线程的操作系统，进程都是拥有资源的一个独立单位，它可以拥有自己的资源。一般地说，线程自己不拥有系统资源(也有一点必不可少的资源)，但它可以访问其隶属进程的资源。亦即，一个进程的代码段、数据段以及系统资源，如已打开的文件、I/O设备等，可供同一进程的其它所有线程共享。  
  4、系统开销：由于在创建或撤消进程时，系统都要为之分配或回收资源，如内存空间、IO设备等。因此，操作系统所付出的开销将显著地大于在创建或撤消线程时的开销。类似地，在进行进程切换时，涉及到整个当前进程CPU环境的保存以及新被调度运行的进程的CPU环境的设置。而线程切换只须保存和设置少量寄存器的内容，并不涉及存储器管理方面的操作。可见，**进程切换的开销也远大于线程切换的开销。**此外，由于同一进程中的多个线程具有相同的地址空间，致使它们之间的同步和通信的实现，也变得比较容易。  
  **1、进程让操作系统的并发成为可能，而线程让进程内部并发成为可能。  
  2、进程是操作系统进行资源分配的基本单位，而线程是操作系统进行调度的基本单位。**

**（4）、并发与并行**  
  并发的关键是有处理多个任务的能力，不一定要同时，并行的关键是有同时处理多个任务的能力（可能有多个CPU）。并发和并行都可以是很多个线程，就看这些线程能不能同时被（多个）CPU执行，如果可以，则是并行，而并发是多个线程被（一个）CPU轮流执行。

### 进程间的通信方式(IPC) ###

1、管道pipe：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。  
  2、命名管道FIFO：有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。  
  3、消息队列MessageQueue：消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。  
  4、共享内存SharedMemory：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。  
  5、信号量Semaphore：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。  
  6、套接字Socket：套接字也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信。  
  7、信号signal：信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。

#### 35.1、Java线程间通信方式 ####

**1、Object类中的wait()/notify()/notifyAll()方法。**  
  **2、使用Condition接口**  
  Condition 是被绑定到 Lock 上的，要创建一个 Lock 的 Condition 对象必须用 newCondition()方法。在一个 Lock 对象里面可以创建多个Condition 对象，线程可以注册在指定的 Condition 对象中，从而可以有选择性地进行线程通知，在线程调度上更加灵活。  
  在 Condition 中，用 await()替换 wait()，用 signal()替换 notify()，用 signalAll()替换 notifyAll()，传统线程的通信方式，Condition 都可以实现。调用 Condition 对象中的方法时，需要被包含在 lock()和 unlock()之间。  
  **3、管道实现线程间的通信。**  
  实现方式：一个线程发送数据到输出管道流，另一个线程从输入管道流中读取数据。  
  基本流程：  
  1）、创建管道输出流 PipedOutputStream pos 和管道输入流PipedInputStream pis。  
  2）、将 pos 和 pis 连接，pos.connect(pis)。  
  3）、将 pos 赋给信息输入信息的线程，pis 赋给获取信息的线程，就可以实现线程间的通讯了。  
  管道流通信的缺点：  
  1）、管道流只能在两个线程之间传递数据。  
  2）、管道流只能实现单向发送，如果要两个线程之间互通讯，则需要两个管道流。  
  **4、使用volatile关键字。**volatile关键字能够保证线程对共享变量的修改对其他线程可见，但它不保证操作的原子性。

### 线程的生命周期（状态） ###

**在 Java 当中，线程通常都有五种状态，新建(new)、就绪(runnable)、运行(running)、阻塞(blocked)和死亡(dead)。**  
  第一是新建(new)状态。在生成线程对象，并没有调用该对象的 start 方法，这是线程处于新建状态。  
  第二是就绪(runnable)状态。当调用了线程对象的 start 方法之后，该线程就进入了就绪状态，**但是此时线程调度程序还没有把该线程设置为当前线程，此时处于就绪状态。**在线程运行之后，从等待或者睡眠中回来之后，也会处于就绪状态。  
  第三是运行(running)状态。线程调度程序将处于就绪状态的线程设置为当前线程，此时线程就进入了运行状态，开始运行 run 函数当中的代码。  
  第四是阻塞(blocked) 、timed\_waiting、waiting状态。线程正在运行的时候，被暂停，通常是为了等待某个事件的发生(比如说某项资源就绪)之后再继续运行。sleep，wait 等方法都可以导致线程阻塞。  
  第五是死亡(dead)状态。如果一个线程的 run 方法执行结束或者异常中断后，该线程就会死亡。对于已经死亡的线程，无法再使用 start 方法令其进入就绪。

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### 创建线程的几种方式 ###

**1、继承 Thread类创建线程类**  
  （1）定义 Thread 类的子类，并重写该类的 run 方法，该 run 方法的方法体就代表了线程要完成的任务。因此把 run()方法称为执行体。  
  （2）创建 Thread 子类的实例，即创建了线程对象。  
  （3）调用线程对象的 start()方法来启动该线程。  
  **2、通过 Runnable 接口创建线程类**  
  （1）定义 Runnable 接口的实现类，并重写该接口的 run()方法，该 run()方法的方法体同样是该线程的线程执行体。  
  **（2）创建 Runnable 实现类的实例，并以此实例作为 Thread 的 target来创建 Thread 对象，该 Thread 对象才是真正的线程对象。**  
  （3）调用线程对象的 start()方法来启动该线程。  
  **3、通过 Callable 和 Future 创建线程**  
  （1）创建 Callable 接口的实现类，并实现 call()方法，该 call()方法将作为线程执行体，并且有返回值。  
  （2）创建 Callable 实现类的实例，使用 FutureTask 类来包装 Callable对象，该 FutureTask 对象封装了该 Callable 对象的 call() 方法的返回值。  
  （3）使用 FutureTask 对象作为 Thread 对象的 target 创建并启动新线程。  
  （4）调用 FutureTask 对象的 get()方法来获得子线程执行结束后的返回值。  
  **4、通过线程池创建线程**  
  利用线程池不用 new 就可以创建线程，线程可复用，利用 Executors 创建线程池。

### Java中用户线程和守护线程的区别 ###

当我们在 Java 程序中创建一个线程，它就被称为用户线程。**将一个用户线程设置为守护线程的方法就是在调用 start() 方法之前，调用对象的setDamon(true)方法。一个守护线程是在后台执行并且不会阻止 JVM 终止的线程，**守护线程的作用是为其他线程的运行提供便利服务。当没有用户线程在运行的时候，JVM关闭程序并且退出。一个守护线程创建的子线程依然是守护线程。  
  守护线程的一个典型例子就是垃圾回收器。

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