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Java线程基础

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基础概念

什么是进程和线程

进程是程序运行资源分配的最小单位

进程是操作系统进行资源分配的最小单位,其中资源包括:CPU、内存空间、磁盘 IO 等,同一进程中的多条线程共享该进程中的全部系统资源,而进程和进程 之间是相互独立的。进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 进程是程序在计算机上的一次执行活动。当你运行一个程序,你就启动了一个进程。显然,程序是死的、静态的,进程是活的、动态的。进程可以分为系统进程和用户进程。凡是用于完成操作系统的各种功能的进程就是系统进程,它们就是处于运行状态下的操作系统本身,用户进程就是所有由你启动的进程。

线程是 CPU 调度的最小单位,必须依赖于进程而存在

线程是进程的一个实体,是 CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的、能独立运行的基本单位。线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。

线程无处不在 任何一个程序都必须要创建线程,特别是 Java 不管任何程序都必须启动一个main 函数的主线程; Java Web 开发里面的定时任务、定时器、JSP 和 Servlet、异步消息处理机制,远程访问接口 RM 等,任何一个监听事件, onclick 的触发事件等都离不开线程和并发的知识。

CPU 核心数和线程数的关系

Java线程基础

多核心:也指单芯片多处理器( Chip Multiprocessors,简称 CMP),CMP是由美国斯坦福大学提出的,其思想是将大规模并行处理器中的 SMP(对称多处理器)集成 到同一芯片内,各个处理器并行执行不同的进程。这种依靠多个 CPU 同时并行地运行程序是实现超高速计算的一个重要方向,称为并行处理 多线程: Simultaneous Multithreading.简称 SMT.让同一个处理器上的多个线程同步执行并共享处理器的执行资源。 核心数、线程数:目前主流 CPU 都是多核的。增加核心数目就是为了增加线程数,因为操作系统是通过线程来执行任务的,一般情况下它们是 1:1 对应关系,也就是说四核 CPU 一般拥有四个线程。但 Intel 引入超线程技术后,使核心数与线程数形成 1:2 的关系

CPU 时间片轮转机制

我们平时在开发的时候，感觉并没有受 cpu 核心数的限制，想启动线程就启动线程，哪怕是在单核 CPU 上，为什么？这是因为操作系统提供了一种 CPU 时间片轮转机制。 时间片轮转调度是一种最古老、最简单、最公平且使用最广的算法,又称 RR调度。每个进程被分配一个时间段,称作它的时间片,即该进程允许运行的时间。 百度百科对 CPU 时间片轮转机制原理解释如下: 如果在时间片结束时进程还在运行,则 CPU 将被剥夺并分配给另一个进程。如果进程在时间片结束前阻塞或结来,则 CPU 当即进行切换。调度程序所要做的就是维护一张就绪进程列表,当进程用完它的时间片后,它被移到队列的末尾时间片轮转调度中唯一有趣的一点是时间片的长度。从一个进程切换到另一个进程是需要定时间的,包括保存和装入寄存器值及内存映像,更新各种表格和队列等。假如进程切( processwitch),有时称为上下文切换( context switch),需要 5ms,再假设时间片设为 20ms,则在做完 20ms 有用的工作之后,CPU 将花费 5ms 来进行进程切换。CPU 时间的 20%被浪费在了管理开销上了。 为了提高 CPU 效率,我们可以将时间片设为5000ms。这时浪费的时间只有0.1%。但考虑到在一个分时系统中,如果有 10 个交互用户几乎同时按下回车键,将发生什么情况?假设所有其他进程都用足它们的时间片的话,最后一个不幸的进程不得不等待 5s 才获得运行机会。多数用户无法忍受一条简短命令要 5 才能做出响应,同样的问题在一台支持多道程序的个人计算机上也会发生。 结论可以归结如下:时间片设得太短会导致过多的进程切换,降低了 CPU 效率:而设得太长又可能引起对短的交互请求的响应变差。将时间片设为 100ms 通常是一个比较合理的折衷。 在 CPU 死机的情况下,其实大家不难发现当运行一个程序的时候把 CPU 给弄到了 100%再不重启电脑的情况下,其实我们还是有机会把它 KIII掉的,我想也正是因为这种机制的缘故。

并行和并发

并发:指应用能够交替执行不同的任务,比如单 CPU 核心下执行多线程并非是同时执行多个任务,如果你开两个线程执行,就是在你几乎不可能察觉到的速度不断去切换这两个任务,已达到"同时执行效果",其实并不是的,只是计算机的速度太快,我们无法察觉到而已。 并行:指应用能够同时执行不同的任务,例:吃饭的时候可以边吃饭边打电话,这两件事情可以同时执行。 两者区别:一个是交替执行,一个是同时执行。 Java线程基础

高并发编程

高并发编程的意义、好处和注意事项

  1. 充分利用CPU的资源 如果设计一个多线程的程序的话,那它就可以同时在多个 CPU 的多个核的多个线程上跑,可以充分地利用 CPU,减少 CPU 的空闲时间,发挥它的运算能力,提高并发量。
  2. 加快响应用户的时间 在做web前端优化时，要将静态资源地址用两三个子域名去加载，因为每多一个子域名,浏览器在加载你的页面的时候就会多开几个线程去加载你的页面资源,提升网站的响应速度。
  3. 可以使代码模块化、异步化、简单化 例如我们实现电商系统，下订单和给用户发送短信、邮件就可以进行拆分，将给用户发送短信、邮件这两个步骤独立为单独的模块，并交给其他线程去执行。这样既增加了异步的操作，提升了系统性能，又使程序模块化,清晰化和简单化。

多线程注意事项

OS限制线程数：Linux 1000个 Windows 2000个 新线程需要分配栈空间

  1. 线程之间的安全性 在同一个进程里面的多线程是资源共享的,也就是都可以访问同一个内存地址当中的一个变量。例如:若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作,而无写操作,一般来说,这个全局变量是线程安全的:若有多个线程同时执行写操作,一般都需要考虑线程同步,否则就可能影响线程安全。
  2. 线程之间的锁死 为了解决线程之间的安全性引入了 Java 的锁机制,而一不小心就会产生 Java线程死锁的多线程问题,因为不同的线程都在等待那些根本不可能被释放的锁,从而导致所有的工作都无法完成。假设有两个线程,分别代表两个饥饿的人,他们必须共享刀叉并轮流吃饭。
  3. 线程太多会导致服务器资源耗尽造成死机 线程数太多有可能造成系统创建大量线程而导致消耗完系统内存以及 CPU的“过渡切换”,造成系统的死机,那么我们该如何解决这类问题呢? 某些系统资源是有限的,如文件描述符。多线程程序可能耗尽资源,因为每个线程都可能希望有一个这样的资源。如果线程数相当大,或者某个资源的侯选线程数远远超过了可用的资源数则最好使用资源池。一个最好的示例是数据库连接池。只要线程需要使用一个数据库连接,它就从池中取出一个,使用以后再将它返回池中。资源池也称为资源库。

认识Java里的线程

Java程序天生就是多线程的

一个 Java 程序从 main()方法开始执行，然后按照既定的代码逻辑执行，看似没有其他线程参与，但实际上 Java 程序天生就是多线程程序，因为执行 main()方法的是一个名称为 main 的线程。 [6] Monitor Ctrl-Break //监控 Ctrl-Break 中断信号的 [5] Attach Listener //内存 dump，线程 dump，类信息统计，获取系统属性等 [4] Signal Dispatcher // 分发处理发送给 JVM 信号的线程 [3] Finalizer // 调用对象 finalize 方法的线程 [2] Reference Handler//清除 Reference 的线程 [1] main //main 线程，用户程序入口 Java线程基础

线程的启动与中止

启动

启动线程的方式有： 1、X extends Thread，然后 X.start 2、X implements Runnable；然后交给 Thread 运行

代码示例：

/**
 *类说明：新启线程的方式
 */
public class NewThread {
	/*扩展自Thread类*/
	private static class UseThread extends Thread{
		@Override
		public void run() {
			super.run();
			// do my work;
			System.out.println("I am extended Thread");
		}
	}

	
	/*实现Runnable接口*/
	private static class UseRunnable implements Runnable{

		@Override
		public void run() {
			// do my work;
			System.out.println("I am implements Runnable");
		}
	}
	

	public static void main(String[] args) 
			throws InterruptedException, ExecutionException {
		UseThread useThread = new UseThread();
		useThread.start();
		useThread.start();

		UseRunnable useRunnable = new UseRunnable();
		new Thread(useRunnable).start();	
	}
}

Thread 和 Runnable 的区别 Thread 才是 Java 里对线程的唯一抽象，Runnable 只是对任务（业务逻辑）的抽象。Thread 可以接受任意一个 Runnable 的实例并执行。

中止

线程自然终止 要么是 run 执行完成了，要么是抛出了一个未处理的异常导致线程提前结束。 stop 暂停、恢复和停止操作对应在线程 Thread 的 API 就是 suspend()、resume()和 stop()。但是这些 API 是过期的，也就是不建议使用的。不建议使用的原因主要有：以 suspend()方法为例，在调用后，线程不会释放已经占有的资源（比如锁），而是占有着资源进入睡眠状态，这样容易引发死锁问题。同样，stop()方法在终结一个线程时不会保证线程的资源正常释放，通常是没有给予线程完成资源释放工作的机会，因此会导致程序可能工作在不确定状态下。正因为 suspend()、resume()和 stop()方法带来的副作用，这些方法才被标注为不建议使用的过期方法。

中断 安全的中止则是其他线程通过调用某个线程 A 的 interrupt()方法对其进行中断操作, 中断好比其他线程对该线程打了个招呼，“A，你要中断了”，不代表线程 A 会立即停止自己的工作，同样的 A 线程完全可以不理会这种中断请求。因为 java 里的线程是协作式的，不是抢占式的。线程通过检查自身的中断标志位是否被置为 true 来进行响应， 线程通过方法isInterrupted()来进行判断是否被中断，也可以调用静态方法Thread.interrupted()来进行判断当前线程是否被中断，不过Thread.interrupted()会同时将中断标识位改写为 false。 如果一个线程处于了阻塞状态（如线程调用了 thread.sleep、thread.join、thread.wait 等），则在线程在检查中断标示时如果发现中断标示为 true，则会在这些阻塞方法调用处抛出 InterruptedException 异常，并且在抛出异常后会立即将线程的中断标示位清除，即重新设置为 false。 不建议自定义一个取消标志位来中止线程的运行。因为 run 方法里有阻塞调用时会无法很快检测到取消标志，线程必须从阻塞调用返回后，才会检查这个取消标志。这种情况下，使用中断会更好，因为， 一、一般的阻塞方法，如 sleep 等本身就支持中断的检查， 二、检查中断位的状态和检查取消标志位没什么区别，用中断位的状态还可以避免声明取消标志位，减少资源的消耗。

注意：处于死锁状态的线程无法被中断

/**
 *类说明：如何安全中断线程
 */
public class EndThread {
	
	private static class UseThread extends Thread{

		public UseThread(String name) {
			super(name);
		}

		@Override
		public void run() {
			String threadName = Thread.currentThread().getName();
			System.out.println(threadName+" interrrupt flag ="+isInterrupted());
			while(!isInterrupted()){
				//while(!Thread.interrupted()){
				//while(true){
				System.out.println(threadName+" is running");
				System.out.println(threadName+"inner interrrupt flag ="
						+isInterrupted());
			}
			System.out.println(threadName+" interrrupt flag ="+isInterrupted());
		}
	}

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		Thread endThread = new UseThread("endThread");
		endThread.start();
		Thread.sleep(20);
		endThread.interrupt();//中断线程，其实设置线程的标识位true
	}
}

/**
 *类说明：实现接口Runnable的线程如何中断
 */
public class EndRunnable {
	
	private static class UseRunnable implements Runnable{
		
		@Override
		public void run() {
			while(!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()
						+ " I am implements Runnable.");
			}
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()
					+" interrupt flag is "+Thread.currentThread().isInterrupted());
		}
	}

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		UseRunnable useRunnable = new UseRunnable();
		Thread endThread = new Thread(useRunnable,"endThread");
		endThread.start();
		Thread.sleep(20);
		endThread.interrupt();
	}
}

/**
 *类说明：阻塞方法中抛出InterruptedException异常后，如果需要继续中断，需要手动再中断一次
 */
public class HasInterrputException {
	
	private static class UseThread extends Thread{
		
		public UseThread(String name) {
			super(name);
		}
		
		@Override
		public void run() {
			while(!isInterrupted()) {
				try {
					Thread.sleep(100);
				} catch (InterruptedException e) {
					System.out.println(Thread.currentThread().getName()
							+" in InterruptedException interrupt flag is "
							+isInterrupted());
					//资源释放
					interrupt();
					e.printStackTrace();
				}
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()
						+ " I am extends Thread.");
			}
			System.out.println(Thread.currentThread().getName()
					+" interrupt flag is "+isInterrupted());
		}
	}

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		Thread endThread = new UseThread("HasInterrputEx");
		endThread.start();
		Thread.sleep(500);
		endThread.interrupt();
	}
}

深入理解run和start（）

Thread 类是 Java 里对线程概念的抽象，可以这样理解：我们通过 new Thread()其实只是 new 出一个 Thread 的实例，还没有操作系统中真正的线程挂起钩来。只有执行了 start()方法后，才实现了真正意义上的启动线程。 start()方法让一个线程进入就绪队列等待分配 cpu，分到 cpu 后才调用实现的 run()方法，start()方法不能重复调用，如果重复调用会抛出异常。 而 run 方法是业务逻辑实现的地方，本质上和任意一个类的任意一个成员方法并没有任何区别，可以重复执行，也可以被单独调用。

/**
 *类说明：StartAndRun在执行上的区别
 */
public class StartAndRun {
    public static class ThreadRun extends Thread{

        @Override
        public void run() {
            int i = 90;
            while(i>0){
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    //e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("I am "+Thread.currentThread().getName()
                        +" and now the i="+i--);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ThreadRun threadRun = new ThreadRun();
        threadRun.setName("threadRun");
        threadRun.start();//threadRun线程
        //threadRun.run;//主线程
        
    }
}

其他的线程相关方法

yield()方法：使当前线程让出 CPU 占有权，但让出的时间是不可设定的。也不会释放锁资源。注意：并不是每个线程都需要这个锁的，而且执行 yield( )的线程不一定就会持有锁，我们完全可以在释放锁后再调用 yield 方法。 所有执行 yield()的线程有可能在进入到就绪状态后会被操作系统再次选中马上又被执行。

join 方法

把指定的线程加入到当前线程，可以将两个交替执行的线程合并为顺序执行。比如在线程 B 中调用了线程 A 的 Join()方法，直到线程 A 执行完毕后，才会继续 执行线程 B。(此处为常见面试考点)

/**
 *类说明：演示Join（）方法的使用
 */
public class UseJoin {
	
    static class Goddess implements Runnable {
        private Thread thread;

        public Goddess(Thread thread) {
            this.thread = thread;
        }

        public Goddess() {
        }

        public void run() {
            System.out.println("Goddess开始排队打饭.....");
            try {
                if(thread!=null) thread.join();
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            SleepTools.second(2);//休眠2秒
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                    + " Goddess打饭完成.");
        }
    }

    static class GoddessBoyfriend implements Runnable {

        public void run() {
            SleepTools.second(2);//休眠2秒
            System.out.println("GoddessBoyfriend开始排队打饭.....");
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                    + " GoddessBoyfriend打饭完成.");
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        Thread lison = Thread.currentThread();
        GoddessBoyfriend goddessBoyfriend = new GoddessBoyfriend();
        Thread gbf = new Thread(goddessBoyfriend);
        Goddess goddess = new Goddess(gbf);
        //Goddess goddess = new Goddess();
        Thread g = new Thread(goddess);
        g.start();
        gbf.start();
        System.out.println("lison开始排队打饭.....");
        g.join();
        SleepTools.second(2);//让主线程休眠2秒
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lison打饭完成.");
    }
}

线程的优先级

在 Java 线程中，通过一个整型成员变量 priority 来控制优先级，优先级的范围从 1~10，在线程构建的时候可以通过 setPriority(int)方法来修改优先级，默认优先级是 5，优先级高的线程分配时间片的数量要多于优先级低的线程。 设置线程优先级时，针对频繁阻塞（休眠或者 I/O 操作）的线程需要设置较高优先级，而偏重计算（需要较多 CPU 时间或者偏运算）的线程则设置较低的优先级，确保处理器不会被独占。在不同的 JVM 以及操作系统上，线程规划会存在差异，有些操作系统甚至会忽略对线程优先级的设定。

守护线程

Daemon（守护）线程是一种支持型线程，因为它主要被用作程序中后台调度以及支持性工作。这意味着，当一个 Java 虚拟机中不存在非 Daemon 线程的时候，Java 虚拟机将会退出。可以通过调用 Thread.setDaemon(true)将线程设置为 Daemon 线程。我们一般用不上，比如垃圾回收线程就是 Daemon 线程。 Daemon 线程被用作完成支持性工作，但是在 Java 虚拟机退出时 Daemon 线程中的 finally 块并不一定会执行。在构建 Daemon 线程时，不能依靠 finally 块中的内容来确保执行关闭或清理资源的逻辑。

 *类说明：守护线程的使用
 */
public class DaemonThread {
	private static class UseThread extends Thread{
		@Override
		public void run() {
			try {
				while (!isInterrupted()) {
					System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
							+ " I am extends Thread.");
				}
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
						+ " interrupt flag is " + isInterrupted());
			} finally {
				//守护线程中finally不一定起作用
				System.out.println(" .............finally");
			}
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) 
			throws InterruptedException, ExecutionException {
		UseThread useThread = new UseThread();
		//useThread.setDaemon(true);
		useThread.start();
		Thread.sleep(5);
		useThread.interrupt();
	}
}

Java线程基础

转载自:https://juejin.cn/post/7140294668129927204
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