《深入理解 Java 中的多线程基础（篇一）》

news2024/11/15 11:32:19

多线程基础

概述

现代操作系统（Windows，macOS，Linux）都可以执行多任务。多任务就是同时运行多个任务。

例如：播放音乐的同时，浏览器可以进行文件下载，同时可以进行QQ消息的收发。
CPU执行代码都是一条一条顺序执行的，但是，即使是单核CPU，也可以同时运行多个任务。因为操作系统执行多任务实际上就是让CPU对多个任务轮流交替执行。
操作系统轮流让多个任务交替执行，例如，让浏览器执行0.001秒，让QQ执行0.001秒，再让音乐播放器执行0.001秒。在用户使用的体验看来，CPU就是在同时执行多个任务。

1.进程与线程

1.1什么是程序？

程序是含有指令和数据的文件，被存储在磁盘或其他的数据存储设备中，可以理解为程序是包含静态代码的文件。例如：浏览器软件、音乐播放器软件等软件的安装目录和文件。

1.2 什么是进程？

进程是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位。在Windows系统中，每一个正在执行的exe文件或后台服务，都是一个进程，由操作系统统一管理并分配资源，因此进程是动态的。例如：正在运行中的浏览器就是一个进程，正在运行中的音乐播放器是另一个进程，同理，正在运行中的QQ和WPS等都是进程。
操作系统运行一个程序，即是一个进程从创建，运行到消亡的过程。简单来说，一个进程就是一个执行中的程序，它在计算机中一个指令接着一个指令地执行着，同时，每个进程还占有某些系统资源如 CPU时间，内存空间，文件，输入输出设备的使用权等。

1.3 什么是线程？

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WPS时，WPS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自动保存和上传云文档，我们把子任务称为线程。线程是进程划分成的更小的运行单位。
进程和线程的关系就是：一个进程可以包含一个或多个线程，但至少会有一个主线程。

线程是一个比进程更小的执行单位（CPU的最小执行单位）。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同一块内存空间和一组系统资源，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。

1.4 进程与线程的区别

**根本区别：**进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是处理器任务调度和执行的基本单位；
**资源开销：**每个进程都有独立的代码副本和数据空间，进程之间的切换，资源开销较大；线程可以看做轻量级的进程，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器，线程之间切换，资源开销小；
**包含关系：**一个进程内包含有多个线程，在执行过程，线程的执行不是线性串行的，而是多条线程并行共同完成；
**内存分配：**同一进程内的所有线程共享本进程的内存空间和资源；进程之间的内存空间和资源相互独立；
**影响关系：**一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响；一个线程崩溃，会导致整个进程退出。所以多进程要比多线程健壮；
**执行过程：**每个独立的进程有程序运行的入口和程序出口。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序（进程）中，由应用程序提供多个线程执行控制；

1.5 JVM进程的内存区域分配

JVM进程启动时，自动创建Heap（堆区）和 Metaspace（元空间，JDK1.8以前叫Method Area方法区）；
多个线程共享JVM进程的Heap（堆区）和Metaspace（元空间）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。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，因此，线程也被称为轻量级进程。

1.6 JVM进程由哪些线程组成？

public class Main {
   public static void main(String[] args) {
       // 获取 Java 线程管理对象 ThreadMXBean
        ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
        // 不需要获取的锁监视器 lockedMonitor 和 synchronizer 信息
      // 仅获取线程和线程信息
        ThreadInfo[] threadInfos = threadMXBean.dumpAllThreads(false, false);
       // 遍历线程信息，仅打印线程 ID 和线程名称信息
       for (ThreadInfo threadInfo : threadInfos) {
           System.out.println("[" + threadInfo.getThreadId() + "] " + threadInfo.getThreadName());
       }
   }
}

输出结果：
[6] Monitor Ctrl-Break      idea工具独有线程（run模式）
[5] Attach Listener      添加事件监听器
[4] Signal Dispatcher      分发处理给 JVM 信号的线程
[3] Finalizer       调用对象 finalize 方法的线程
[2] Reference Handler      清除 reference 线程
[1] main      主线程

2. 线程基本概念

**单线程：**单线程就是进程中只有一个线程。单线程在程序执行时，所走的程序路径按照连续顺序排下来，前面的必须处理好，后面的才会执行。

public class SingleThread {
  	public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            System.out.print(i + " ");
          }
  	}
}

**多线程：**由一个以上的线程组成的程序称为多线程程序。Java中，一定是从主线程开始执行（main方法），然后在主线程的某个位置创建并启动新的线程。

public class MultiThread {
	public static void main(String[] args) {
       // 创建2个线程
	Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
		@Override
		public void run() {
		for (int i = 0; i < 10000; i++) {
				System.out.println("线程1：" + i + " ");
			}
		}
		});
	Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				for (int i = 0; i < 10000; i++) {
				System.out.println("线程2：" + i + " ");
				}
			}
		});
      // 启动2个线程
		t1.start();
		t2.start();
	}
}
				System.out.println("线程2：" + i + " ");
				}
			}
		});
      // 启动2个线程
		t1.start();
		t2.start();
	}
}