进程与线程
概述
一个正在运行过程中的程序,就是一个进程,也称一个任务。进程是一个重要的软件资源,是由操作系统内核管理和组织的。
并行:微观上同一个时刻,两个核心上的进程,就是同时进行的。
并发:微观上同一个时刻,一个核心只能运行一个进程,但是它能够对进程进行快速的切换。
在计算机领域,引入进程这个概念,最主要就是为了解决并发编程。对于并发编程,则是因为CPU进入了多核心时代,要想进一步提高程序的执行速度,就要充分利用CPU的核心资源。虽然多进程编程能够解决并发编程的问题,但是进程在创建、销毁以及调度时消耗的资源是比较多的(尤其体现于资源的分配和回收上),因此为了解决该问题,线程这个概念就被提及,线程其实也称为轻量级进程。线程在能解决并发编程问题的前提下,让创建、销毁和调度的速度都提高了不少。对于提高其速度的原因,主要就是因为线程把申请资源和释放资源的操作给省略了。
关系
一个进程可以包含一个线程,也可以包含多个线程,但是不能没有。对于一个进程而言,只有开启第一个线程时消耗的资源较大,后续开启其他线程时消耗的资源都相对较少。主要原因就是后续线程开启时的某些资源都可以复用。
操作系统在实际调度时,是以线程为调度的基本单位。操作系统在资源分配时,则是以进程为资源分配的基本单位。
所以说,对于线程模型来说,天然就是资源共享的,会导致多个线程争抢同一个资源,从而引发一定的安全问题。对于进程模型来说,天然就是资源隔离的,不容易触发问题,只有当进程间进行通信的时候,才会出现多个进程访问同一个资源,从而导致一定的安全问题。
综上所述,对于线程来说,最大的特定就是抢占式执行,随即调度。
在Java中如何进行多线程编程
Java操作多线程,最核心的类是:Thread
简单案例
在使用Thread之前,要明白在Java中,执行main函数时就相当于开启了一个进程,并且main线程属于是主线程。并且,创建线程,是希望线程成为一个独立的执行流去执行一块代码。简单来说,就是创建线程之后,新的线程和main线程是可以并行执行的。
需求:使用非main线程的线程输出一个“shello World!”
class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println("hello world!");
}
}
public class SimpleThreadTest {
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new MyThread();
thread.start();
}
}
方法介绍
start方法的工作是创建一个新的线程,新的线程负责执行run方法。本质来说,start方法是调用了操作系统的API,通过操作系统内核去创建新线程的PCB,并且把要执行的指令交给PCB。当PCB调度到CPU上执行的时候,也就执行到了run方法中的代码了。
run方法就是描述了线程要干的活是啥,如果直接在main线程中执行run方法,那么此时并不会创建新线程,而是main线程在干活。
start和run方法的区别是前者是开启线程,后者是描述线程要干的活。
对于一个线程来说,start方法只能执行一次,而且在run方法执行完毕之后,新的线程自然销毁。
创建多线程的方法
继承Thread类,并重写run方法
class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println("hello csdn!");
}
}
public class SimpleThreadTest {
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new MyThread();
thread.start();
}
}
实现Runnable接口,并重写run方法
继承Runnable接口就能创建多线程的原因是因为:底层源码中,Thread实现了Runnable接口。
class MyRunnable implements Runnable{
@Override
public void run() {
System.out.println("hello world");
}
}
public class Demo2 {
public static void main(String[] args) {
Runnable runnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();
}
}
使用匿名内部类,继承Thread
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread() {
@Override
public void run() {
System.out.println("hello world");
}
};
thread.start();
}
使用匿名内部类,实现Runnable
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("hello world");
}
});
thread.start();
}
使用Lambda表达式
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(() -> {
System.out.println("hello world");
});
thread.start();
}
构造方法和常见属性
构造方法
常见属性
- tid(getId):线程唯一标识。
- 名称(getName):线程的名称,开发者可以在构造方法或使用set方法设置,如果没有设置,也会默认生成一个名称。
- 状态(getState):线程的状态(后续会进行详细介绍)。
- 优先级(getPriority):虽然线程中有优先级这一概念,并且也可以进行设置和获取,但其实设置了也没啥大用,很鸡肋的一个属性。
- 前后台线程(isDaemon):前台线程会阻止进程结束,假设前台线程任务没有结束,那么进程是结束不了的;在代码中手动创建的线程,默认都是前台线程。后台线程不会阻止进程的结束,即使后台线程任务没有结束,进程也是可以结束的;像其他的JVM自带的线程都是后台的。在Thread的操作中,也可以将线程设置成后台线程,而所谓的后台线程也是守护线程。
- 存活(isAlive):线程在调用start之前,就处于存活状态;在调用start之后,就处于死亡状态太。
常见方法
获取当前线程的引用:在哪个方法中进行调用,就能获取到哪个线程的实例。
等待一个线程:由于线程是一个随机调度的过程,无法判断哪个线程先调度,哪个线程后调度。等待一个线程的意思就是控制两个线程的顺序。
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("hello thread");
}
});
thread.start();
System.out.println("join之前");
thread.join();
System.out.println("join之后");
// 本来main线程执行完start之后,main线程和start线程就会分头行动
// main线程继续向下执行,start线程也继续向下
// 但是加入join之后,main线程就会发送阻塞
// 一直阻塞带thread线程结束之后,main线程才会继续向下执行
}
/**
* 简单案例
* a、b、main线程三个线程
* 阻塞b线程直到a线程结束之后
*/
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread a = new Thread(() -> {
for(int i = 0; i < 3; i++) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println("aaa");
}
});
a.start();
Thread b = new Thread(() -> {
try {
a.join();
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println("bbb");
});
b.start();
}
休眠当前线程:让线程休眠,也就是让线程不参与调度了(或者说也就是不去CPU上执行了)。
对于操作系统内核来说,当线程A调用sleep时,线程A就会进入休眠状态。此时就会把A放入一个链表中,这个链表当中的PCB,都是处于阻塞状态,暂时都不会去参加CPU的调度。此时,其他可以运行的PCB则处于另一个链表上,处于一种随叫随到的状态,也就是就绪状态。
第一类链表称作阻塞队列,第二类链表则称作就绪队列。在计算机运行过程中,操作系统每次需要调度一个线程去执行,那么就直接从就绪队列中选取一个即可。