Java并发编程概念详解

末蓝、 2024-04-18 17:05 33阅读 0赞

**线程和进程**  
**进程**  
进程是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位，因此进程是动态的。系统运行一个程序即是一个进程从创建，运行到消亡的过程。  
在 Java 中，当我们启动 main 函数时其实就是启动了一个 JVM 的进程，而 main 函数所在的线程就是这个进程中的一个线程，也称主线程。

**线程**  
线程与进程相似，但线程是一个比进程更小的执行单位。一个进程在其执行的过程中可以产生多个线程。与进程不同的是同类的多个线程共享进程的堆和方法区资源，但每个线程有自己的程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈，所以系统在产生一个线程，或是在各个线程之间作切换工作时，负担要比进程小得多，也正因为如此，线程也被称为轻量级进程。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMTcwMjMx_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
一个进程中可以有多个线程，多个线程共享进程的堆和方法区 (JDK1.8 之后的元空间)资源，但是每个线程有自己的程序计数器、虚拟机栈 和 本地方法栈。  
线程 是 进程 划分成的更小的运行单位。线程和进程最大的不同在于基本上各进程是独立的，而各线程则不一定，因为同一进程中的线程极有可能会相互影响。线程执行开销小，但不利于资源的管理和保护；而进程正相反

**程序计数器**  
两个作用：

字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制，如：顺序执行、选择、循环、异常处理。  
在多线程的情况下，程序计数器用于记录当前线程执行的位置，从而当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪儿了。  
程序计数器私有主要是为了线程切换后能恢复到正确的执行位置。

**虚拟机栈**  
每个 Java 方法在执行的同时会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、常量池引用等信息。从方法调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在 Java 虚拟机栈中入栈和出栈的过程。

**本地方法栈**  
和虚拟机栈所发挥的作用非常相似，区别是： 虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法 （也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。

**堆和方法区**  
堆和方法区是所有线程共享的资源，其中堆是进程中最大的一块内存，主要用于存放新创建的对象 (所有对象都在这里分配内存)，方法区主要用于存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

> 并发：同一时间段，多个任务都在执行 (单位时间内不一定同时执行)；  
> 并行： 单位时间内，多个任务同时执行。

**线程的生命周期和状态**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>线程状态</th> 
   <th>说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>NEW(new)</td> 
   <td>初始状态：线程被创建，但是还没有调用start()方法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RUNNABLE(Runnable)</td> 
   <td>初始状态：线程被创建，但是还没有调用start()方法笼统的成为运行中</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>BLOCKED(blocked)</td> 
   <td>阻塞状态：表示线程阻塞于锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>WAITING(waiting)</td> 
   <td>等待状态：表示线程进入等待状态，表示当前线程需要等待其他线程做出一些特定的动作（通知或中断）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>TIME_WAITING(time_waiting)</td> 
   <td>超时等待状态：该状态不同于waiting，它是可以在指定时间自行返回的。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>TERMINATED(terminated)</td> 
   <td>终止状态：表示当前线程已经执行完毕</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMTcwMjMx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
1.线程创建之后它将处于 NEW（新建） 状态，调用 start() 方法后开始运行，线程这时候处于 READY（可运行） 状态。可运行状态的线程获得了 CPU 时间片（timeslice）后就处于 RUNNING（运行） 状态。  
2.当线程执行 wait()方法之后，线程进入 WAITING（等待） 状态。进入等待状态的线程需要依靠其他线程的通知才能够返回到运行状态  
3.TIME\_WAITING(超时等待) 状态相当于在等待状态的基础上增加了超时限制，比如通过 sleep（long millis）方法或 wait（long millis）方法可以将 Java 线程置于 TIMED WAITING 状态。当超时时间到达后 Java 线程将会返回到 RUNNABLE 状态。  
4.当线程调用同步方法时，在没有获取到锁的情况下，线程将会进入到 BLOCKED（阻塞） 状态。  
5.线程在执行 Runnable 的run()方法之后将会进入到 TERMINATED（终止） 状态。  
**上下文切换**  
当前任务在执行完 CPU 时间片切换到另一个任务之前会先保存自己的状态，以便下次再切换会这个任务时，可以再加载这个任务的状态。任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换。

**死锁**  
产生死锁4个条件：

1.互斥条件：该资源任意一个时刻只由一个线程占用。  
2.请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。  
3.不剥夺条件:线程已获得的资源在末使用完之前不能被其他线程强行剥夺，只有自己使用完毕后才释放资源。  
4.循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。  
避免死锁：

1.破坏互斥条件：这个条件我们没有办法破坏，因为我们用锁本来就是想让他们互斥的（临界资源需要互斥访问）。  
2.破坏请求与保持条件：一次性申请所有的资源。  
3.破坏不剥夺条件：占用部分资源的线程进一步申请其他资源时，如果申请不到，可以主动释放它占有的资源。  
4.破坏循环等待条件：靠按序申请资源来预防。按某一顺序申请资源，释放资源则反序释放。破坏循环等待条件。  
**sleep()方法和wait()方法**  
两者最主要的区别在于：sleep 方法没有释放锁，而 wait 方法释放了锁 。  
两者都可以暂停线程的执行。  
Wait 通常被用于线程间交互/通信，sleep 通常被用于暂停执行。  
wait() 方法被调用后，线程不会自动苏醒，需要别的线程调用同一个对象上的 notify() 或者 notifyAll() 方法。sleep() 方法执行完成后，线程会自动苏醒。或者可以使用wait(long timeout)超时后线程会自动苏醒。  
**start()方法和run()方法**  
new一个Thread，线程进入了新建状态;调用 start() 方法，会启动一个线程并使线程进入了就绪状态，当分配到时间片后就可以开始运行了。 start() 会执行线程的相应准备工作，然后自动执行 run() 方法的内容，这是真正的多线程工作。  
而直接执行 run() 方法，会把 run 方法当成一个 main 线程下的普通方法去执行，并不会在某个线程中执行它，所以这并不是多线程工作。

> 总结： 调用 start 方法方可启动线程并使线程进入就绪状态，而 run 方法只是 thread 的一个普通方法调用，还是在主线程里执行。

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