文章目录
- 什么是JUC
- 为什么学习好多线程很重要
- 硬件来说
- 软件来说
- 存在的问题
- Java多线程相关概念
- 一把锁
- 两个并
- 三个程
- 进程和程序的联系
- 线程和进程的联系
- 管程
- 用户线程和守护线程
- JAVA线程
什么是JUC
在 Java 5.0 提供了 java.util.concurrent （ 简称JUC ） 包， 在此包中增加了在并发编程中很常用的实用工具类， 用于定义类似于线程的自定义子系统， 包括线程池、 异步 IO 和轻量级任务框架。提供可调的、 灵活的线程池。 还提供了设计用于多线程上下文中的 Collection 实现等
- 涉及到的
包内容java.util.concurrentjava.util.concurrent.atomicjava.util.concurrent.locks
为什么学习好多线程很重要
硬件来说
- 摩尔定律从2003年开始CPU的主频不在翻倍，而是采用多核而不是更快的主频，也就是摩尔定律的失效
- 在主频不再翻倍提高而核数不断增加的情况下，想让程序更快就必须用到并行或者并发技术
软件来说
- 面试必备
- 充分利用多核处理器
- 提高程序性能，高并发系统
- 提高程序吞吐量，异步加回调等生产需求
存在的问题
- 线程安全性问题
- 线程锁问题
- 线程性能问题
Java多线程相关概念
一把锁
- synchronized在后面讲解
两个并
并发与并行
拿餐厅吃饭举例子，餐厅来了三个客人，有这些菜的需求
- 串行:就是这个餐厅只有一个厨师，想要满足3个客人的要求，只能一道一道的去做菜，先满足完你的三道菜的需求，才能去满足我的三道菜的需求。这种按顺序一道一道满足的模式就是串行处理方式
- 并行：这个餐厅有三个厨师，每个厨师去服务自己的客户，这样就是同时满足三个客户的需求，这种处理模式就是并行处理方式
- 并发：餐厅还是只有一个厨师，但是我给其中一个客户做了一道菜，然后就转向给另一个用户做菜，按照一种时间片的概念去处理，每个时间片可能处理的事情是不一样的
如果厨师做菜的速度非常快，1分钟就能出一道菜，那么我上了一道菜，然后过了3分钟又出了一道菜，那么在现实生活中，我们就会感觉这个厨师就是专门在为我们服务，将这种思想用到计算机中，我们知道CPU的处理速度是非常快的,基本是以ns为单位的处理速度，所以在CPU在并发的执行计算机任务，在我们主观的意识中，我们就感觉这个CPU是在并行的处理任务
三个程
进程、线程、管程
进程和程序的联系
什么是程序
- 程序就是一系列有组织的文件，封装操作系统的各种API,实现不同的效果（程序就是指令序列，程序的代码放入程序段中，输出和输入的数据放入数据段中），比如QQ就是一个程序
什么是进程
- 进程就是程序执行的一次执行过程，是系统进行资源分配的一个独立最小单位（资源指CPU，内存等关键系统资源）
- 比如我登录了两次QQ,那么我在后台任务管理器，出现了两次QQ的进程，每个进程都是QQ执行的一次过程
为何引入进程
- 因为当代操作系统都是具有多道程序技术实现并发处理，在内存中会放入多个程序，那么会存在多个程序段和数据段，操作系统如何正确找到对应的程序和数据段，所以引入了进程的概念（为了使程序可以并发的执行，并且可以对并发执行的程序加以描述和控制）
进程和程序的区别
-
进程是动态的，程序是静态的
-
进程可以并发执行，但是程序不可以
-
二者无一一对应的关系
-
进程与程序又有密切的联系： 进程不能脱离具体程序而虚设， 程序规定了相应进程所要完成的动作。
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组成不同。进程包含PCB、程序段、数据段。程序包含数据和指令代码。
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程序是一个包含了所有指令和数据的静态实体。本身除占用磁盘的存储空间外，并不占用系统如CPU、内存等运行资源。
-
进程由程序段、数据段和PCB构成,会占用系统如CPU、内存等运行资源。
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一个程序可以启动多个进程来共同完成。
例子
进程调度算法
- 先来先服务调度算法（FCFS）
- 短作业(进程)优先调度算法
- 高优先权优先调度算法 1非抢占式优先权算法 2抢占式优先权调度算法 3高响应比优先调度算法
- 高响应调度算法的优先级的计算
线程和进程的联系
什么是线程
- 现代操作系统都是多线程操作系统，线程就是进程的一个子任务，进程就是轻量级的进程
- 我们打开的浏览器这个进程，然后每打开的一个网页都是独立的线程，每个线程都可以执行一个子任务
为什么引入线程
- 有些进程可能需要“同时”做很多事，但是传统的进程只能串行得与执行一系列程序（比如你在使用QQ时，你登陆了账号，相当于创建了一个进程，你可以一边打字，一边视频聊天，这些是“同时”进行的，但是传统的进程是不能实现这样的功能，所以引入线程，加快并发的速度）
- 如果说在OS中引入进程的目的是为了使多个程序能够并发执行，比提高资源利用率和系统吞吐量，那么在OS中引入线程，是为了减少程序在并发执行时所付出的时间和空间开销，让OS具有更好的并发性（让进程并发得完成多种功能）
- 引入了线程之后，进程是除CPU之外系统资源的分配单元，如打印机，内存空间都是分配给进程的
- 引入了线程之后，不仅程序能够并发执行了，进程也能并发执行了，从而提高了系统并发度
线程和进程的比较
-
进程是OS资源分配的基本单位，线程是调度的基本单位
-
创建和消耗进程的开销远远比创建和消耗线程大的多，调度一个线程比进程快的多
-
进程包含线程，每个进程至少包含一个线程（主线程）
-
进程之间相互独立，不同的进程不会共享内存空间，但是同一个进程的线程会共享内存空间（共享进程的资源），线程几乎不拥有系统资源
-
在多CPU操作系统中，不同的线程可以去占用不同的CPU
-
同一进程的线程切换不会导致进程切换，但是不同进程的线程切换，会导致进程的切换
线程的优点
-
创建一个新线程的代价要比创建一个新进程小得多
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与进程之间的切换相比，线程之间的切换需要操作系统做的工作要少很多
-
线程占用的资源要比进程少很多
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能充分利用多处理器的可并行数量，能够发挥多核CPU的优势
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在等待慢速I/O操作结束的同时，程序可执行其他的计算任务
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计算密集型应用，为了能在多处理器系统上运行，将计算分解到多个线程中实现
管程
- 也就是Monitor(监视器),也就是平时所说的锁
- Monitor其实是一种同步机制，它的义务是保证（同一时间只有一个线程可以访问被保护的数据和代码）
为什么引入管程？
- 虽然我们的记录型信号量能够真正的实现临界区的四大条件**（空闲让进 忙则等待 有限等待 让权等待 ）** 但是在上面的例子中，我们知道消费者和生产者问题中，如果P的顺序反了（实现互斥的P操作一定要在实现同步的P操作之后），就会导致死锁的问题，PV操作编写困难，容易出错
- mutex为了实现缓冲区互斥
- empty是为了缓存区数量实现同步操作
- 所以提出了管程这种概念，这是一种高级同步机制
管程的组成及基本特征
组成
- 局部于管程的共享数据结构
- 对该数据结构进行操作的一组过程 （过程当成函数 管程当作类 共享数据结构当作类里面的属性）
- 对局部于管程的共享数据设置初始值的语句
- 管程有一个名字
基本特征
- 局部于管程的数据只能被局部于管程的过程所访问(封装思想)
- 一个进程只有通过调用管程内的过程才能进入管程访问共享数据
每次仅允许一个进程在管程内执行某个内部过程（实现了互斥访问）
管程实现生产者消费者问题
- 对于资源的互斥操作由编译器负责实现各进程互斥进入管程中的过程来实现
- 但是生产者和消费者的模型中还需要实现同步关系，我们需要用wait和signal来实现同步我们的full和empty有着对应的阻塞队列
Java中类似于管程的机制
public class startTest {
public static void main(String[] args) {
Object o=new Object();
new Thread(()->{
synchronized (o){
}
},"t2").start();
}
}
- JVM中同步是
基于进入和退出监视器对象(Monitor,管程对象)来实现的，每个对象实例都会有一个Monitor对象， - Monitor对象会和Java对象一同创建并销毁，它底层是由C++语言来实现的。
- 执行线程就要要求先成功持有管程，然后才能执行方法，最后当方法完成时释放管程，在方法执行的期间线程拥有了管程，其他线程都无法再获取到同一个管程
用户线程和守护线程
Java线程分为用户线程和守护线程
-
一般情况下不做特别说明配置，默认都是用户线程
-
用户 (User) 线程：运行在前台，执行具体的任务，如程序的主线程、连接网络的子线程等都是用户线程
-
守护 (Daemon) 线程：运行在后台，为其他前台线程服务。也可以说守护线程是 JVM 中非守护线程的 “佣人”
- GC垃圾回收线程就是经典的守护线程
- 一旦所有用户线程都结束运行，守护线程会随 JVM 一起结束工作
-
线程的daemon属性为
- true表示是守护线程
- false表示是用户线程。
public class DaemonDemo {
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 开始运行，"
+(Thread.currentThread().isDaemon() ? "守护线程":"用户线程"));
while (true){
}
},"t1");
//线程的daemon属性为true表示是守护线程，false表示是用户线程
//---------------------------------------------
t1.setDaemon(true);
t1.start();
//3秒后主线程再运行
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("----------main线程运行完毕");
}
}
两种情况
- 未加
t1.setDaemon(true);，默认是用户线程，t1继续运行，所以灯亮着 - 加了
t1.setDaemon(true);是守护线程，当用户线程main方法结束后t1自动退出了
守护线程作为一个服务线程，没有服务对象就没有必要继续运行了，如果用户线程全部结束了，意味着程序需要完成的业务操作已经结束了，系统可退出了。假如当系统只剩下守护线程的时候，Java虚拟机会自动退出。
setDaemon(true)方法必须在start()之前设置，否则报IIIegalThreadStateException异常
JAVA线程
Java 主类名称 启动的是JAVA进程
类中的主方法是这个类的主线程 ,线程是操作系统中的概念 . 操作系统内核实现了线程这样的机制 , 并且对用户层提供了一些 API 供用户使 用( 例如 Linux 的 pthread 库 ). Java 标准库中 Thread 类可以视为是对操作系统提供的 API 进行了进一步的抽象和封装
什么叫多线程
多线程：多线程是指程序中包含多个执行流，即在一个程序中可以同时运行多个不同的线程来执行不同的任务。
上下文切换：
- 多线程编程中一般线程的个数都大于 CPU 核心的个数，而一个 CPU 核心在任意时刻只能被一个线程使用，为了让这些线程都能得到有效执行，就会使用一些策略让线程轮流使用CPU,上下⽂切换（有时也称做进程切换或任务切换）是指 CPU 从⼀个进程（或线程）切换到另⼀个进程（或线程）。上下⽂是指某⼀时间点 CPU 寄存器和程序计数器的内容,也就是线程（进程）执行的环境
举例说明 线程A - B
- 1.先挂起线程A，将其在cpu中的状态保存在内存中。
- 2.在内存中检索下⼀个线程B的上下⽂并将其在 CPU 的寄存器中恢复,执⾏B线程。
- 3.当B执⾏完，根据程序计数器中指向的位置恢复线程A。
Java 中用到的线程调度算法（Java实现的是抢占式，Java是由JVM中的线程计数器来实现线程调度）
分时调度模型和抢占式调度模型。
- 分时调度模型是指让所有的线程轮流获得 cpu 的使用权，并且平均分配每个线程占用的 CPU的时间片这个也比较好理解。
- Java 使用的线程调使用抢占式调度， Java 中线程会按优先级分配 CPU 时间片运行， 且优先级越高越优先执行，但优先级高并不代表能独自占用执行时间片，可能是优先级高得到越多的执行时间片，反之，优先级低的分到的执行时间少但不会分配不到执行时间。
线程让出 cpu 的情况
- 当前运行线程主动放弃 CPU， JVM 暂时放弃 CPU 操作（基于时间片轮转调度的 JVM 操作系统不会让线程永久放弃 CPU，或者说放弃本次时间片的执行权），例如调用 yield()方法。
- 当前运行线程因为某些原因进入阻塞状态，例如阻塞在 I/O 上。
- 当前运行线程结束，即运行完 run()方法里面的任务。
