2019-06-05

多线程的基本概念   程序  进程  线程

多线程是Java语言的重要特性,大量应用于网络编程、服务器端程序的开发,最常见的UI界面底层原理、操作系统底层原理都大量使用了多线程。

程序

“程序(Program)”是一个静态的概念,一般对应于操作系统中的一个可执行文件,比如:我们要启动酷狗听音乐,则对应酷狗的可执行程序。当我们双击酷狗,则加载程序到内存中,开始执行该程序,于是产生了“进程”。

进程 

执行中的程序叫做进程(Process),是一个动态的概念。现代的操作系统都可以同时启动多个进程。比如:我们在用酷狗听音乐,也可以使用eclipse写代码,也可以同时用浏览器查看网页。进程具有如下特点:

      1. 进程是程序的一次动态执行过程, 占用特定的地址空间。

      2. 每个进程由3部分组成:cpu、data、code。每个进程都是独立的,保有自己的cpu时间,代码和数据,即便用同一份程序产生好几个进程,它们之间还是拥有自己的这3样东西,这样的缺点是:浪费内存,cpu的负担较重。

      3. 多任务(Multitasking)操作系统将CPU时间动态地划分给每个进程,操作系统同时执行多个进程,每个进程独立运行。以进程的观点来看,它会以为自己独占CPU的使用权。

线程

 一个进程可以产生多个线程。同多个进程可以共享操作系统的某些资源一样,同一进程的多个线程也可以共享此进程的某些资源(比如:代码、数据),所以线程又被称为轻量级进程(lightweight process)。

      1. 一个进程内部的一个执行单元,它是程序中的一个单一的顺序控制流程。

      2. 一个进程可拥有多个并行的(concurrent)线程。

      3. 一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间,可以访问相同的变量和对象,而且它们从同一堆中分配对象并进行通信、数据交换和同步操作。

      4. 由于线程间的通信是在同一地址空间上进行的,所以不需要额外的通信机制,这就使得通信更简便而且信息传递的速度也更快。

      5. 线程的启动、中断、消亡,消耗的资源非常少。


通过继承Thread类实现多线程


继承Thread类实现多线程的步骤:

      1. 在Java中负责实现线程功能的类是java.lang.Thread 类。

      2. 可以通过创建 Thread的实例来创建新的线程。

      3. 每个线程都是通过某个特定的Thread对象所对应的方法run( )来完成其操作的,方法run( )称为线程体。

      4. 通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程。

课堂代码:



通过Runnable接口实现多线程

在开发中,我们应用更多的是通过Runnable接口实现多线程。这种方式克服了11.2.1节中实现线程类的缺点,即在实现Runnable接口的同时还可以继承某个类。所以实现Runnable接口的方式要通用一些。

静态代理模式:






课堂代码:



运行结果:




线程状态

 一个线程对象在它的生命周期内,需要经历5个状态。

新生状态(New)

      用new关键字建立一个线程对象后,该线程对象就处于新生状态。处于新生状态的线程有自己的内存空间,通过调用start方法进入就绪状态。

▪ 就绪状态(Runnable)

      处于就绪状态的线程已经具备了运行条件,但是还没有被分配到CPU,处于“线程就绪队列”,等待系统为其分配CPU。就绪状态并不是执行状态,当系统选定一个等待执行的Thread对象后,它就会进入执行状态。一旦获得CPU,线程就进入运行状态并自动调用自己的run方法。有4中原因会导致线程进入就绪状态:

      1. 新建线程:调用start()方法,进入就绪状态;

      2. 阻塞线程:阻塞解除,进入就绪状态;

      3. 运行线程:调用yield()方法,直接进入就绪状态;

      4. 运行线程:JVM将CPU资源从本线程切换到其他线程。

▪ 运行状态(Running)

      在运行状态的线程执行自己run方法中的代码,直到调用其他方法而终止或等待某资源而阻塞或完成任务而死亡。如果在给定的时间片内没有执行结束,就会被系统给换下来回到就绪状态。也可能由于某些“导致阻塞的事件”而进入阻塞状态。

▪ 阻塞状态(Blocked)

      阻塞指的是暂停一个线程的执行以等待某个条件发生(如某资源就绪)。有4种原因会导致阻塞:

      1. 执行sleep(int millsecond)方法,使当前线程休眠,进入阻塞状态。当指定的时间到了后,线程进入就绪状态。

      2. 执行wait()方法,使当前线程进入阻塞状态。当使用nofity()方法唤醒这个线程后,它进入就绪状态。

      3. 线程运行时,某个操作进入阻塞状态,比如执行IO流操作(read()/write()方法本身就是阻塞的方法)。只有当引起该操作阻塞的原因消失后,线程进入就绪状态。

      4. join()线程联合: 当某个线程等待另一个线程执行结束后,才能继续执行时,使用join()方法。

▪ 死亡状态(Terminated)

      死亡状态是线程生命周期中的最后一个阶段。线程死亡的原因有两个。一个是正常运行的线程完成了它run()方法内的全部工作; 另一个是线程被强制终止,如通过执行stop()或destroy()方法来终止一个线程(注:stop()/destroy()方法已经被JDK废弃,不推荐使用)。

      当一个线程进入死亡状态以后,就不能再回到其它状态了。



暂停线程执行

 暂停线程执行常用的方法有sleep()和yield()方法,这两个方法的区别是:

      1. sleep()方法:可以让正在运行的线程进入阻塞状态,直到休眠时间满了,进入就绪状态。

      2. yield()方法:可以让正在运行的线程直接进入就绪状态,让出CPU的使用权。


课堂代码:




获取线程基本信息的方法



课堂代码:

测试isAlive();


测试getName()



线程同步


处理多线程问题时,多个线程访问同一个对象,并且某些线程还想修改这个对象。 这时候,我们就需要用到“线程同步”。 线程同步其实就是一种等待机制,多个需要同时访问此对象的线程进入这个对象的等待池形成队列,等待前面的线程使用完毕后,下一个线程再使用

实现线程同步:

由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间,在带来方便的同时,也带来了访问冲突的问题。Java语言提供了专门机制以解决这种冲突,有效避免了同一个数据对象被多个线程同时访问造成的这种问题。

包括两种用法:synchronized 方法和 synchronized 块。

课堂代码:




死锁及解决方案

死锁”指的是:

      多个线程各自占有一些共享资源,并且互相等待其他线程占有的资源才能进行,而导致两个或者多个线程都在等待对方释放资源,都停止执行的情形。

死锁的解决方法

      死锁是由于“同步块需要同时持有多个对象锁造成”的,要解决这个问题,思路很简单,就是:同一个代码块,不要同时持有两个对象锁。

课堂代码:




生产者消费者模型的实现





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