Java 多线程
什么是进程?
当一个程序开始运行时,它就是一个进程,进程包括运行中的程序和程序所使用到的内存和系统资源。
而一个进程又是由多个线程所组成的。
什么是线程?
线程是程序中的一个执行流,每个线程都有自己的专有寄存器(栈指针、程序计数器等),但代码区是共享的,即不同的线程可以执行同样的函数。
什么是多线程?
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,也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务。
多线程的好处:
可以提高CPU的利用率。在多线程程序中,一个线程必须等待的时候,CPU可以运行其它的线程而不是等待,这样就大大提高了程序的效率。
多线程的不利方面:
线程也是程序,所以线程需要占用内存,线程越多占用内存也越多;
多线程需要协调和管理,所以需要CPU时间跟踪线程;
线程之间对共享资源的访问会相互影响,必须解决竞用共享资源的问题;
线程太多会导致控制太复杂,最终可能造成很多Bug;
通俗的解释一下多线程先:
多线程用于堆积处理,就像一个大土堆,一个推土机很慢,那么10个推土机一起来处理,当然速度就快了,不过由于位置的限制,如果20个推土机,那么推土机之间会产生相互的避让,相互摩擦,相互拥挤,反而不如10个处理的好,所以,多线程处理,线程数要开的恰当,就可以提高效率。
多线程使用的目的:
1、 吞吐量:做WEB,容器帮你做了多线程,但是它只能帮你做请求层面的,简单的说,就是一个请求一个线程(如struts2,是多线程的,每个客户端请求创建一个实例,保证线程安全),或多个请求一个线程,如果是单线程,那只能是处理一个用户的请求
2、 伸缩性:通过增加CPU核数来提升性能。
多线程的使用场景:
1、 常见的浏览器、Web服务(现在写的web是中间件帮你完成了线程的控制),web处理请求,各种专用服务器(如游戏服务器)
2、 servlet多线程
3、 FTP下载,多线程操作文件
4、 数据库用到的多线程
5、 分布式计算
6、 tomcat,tomcat内部采用多线程,上百个客户端访问同一个WEB应用,tomcat接入后就是把后续的处理扔给一个新的线程来处理,这个新的线程最后调用我们的servlet程序,比如doGet或者dpPost方法
7、 后台任务:如定时向大量(100W以上)的用户发送邮件;定期更新配置文件、任务调度(如quartz),一些监控用于定期信息采集
8、 自动作业处理:比如定期备份日志、定期备份数据库
9、 异步处理:如发微博、记录日志
10、 页面异步处理:比如大批量数据的核对工作(有10万个手机号码,核对哪些是已有用户)
11、 数据库的数据分析(待分析的数据太多),数据迁移
12、 多步骤的任务处理,可根据步骤特征选用不同个数和特征的线程来协作处理,多任务的分割,由一个主线程分割给多个线程完成
13、 desktop应用开发,一个费时的计算开个线程,前台加个进度条显示
14、 swing编程
举一个小栗子:
一个文本文件有100M,全是字符串,我要执行切分字符串,每达到N长度便执行切腹,最后求切分完成的字符串的集合
单线程处理:读取文本文件数据,扫描全部数据,一个一个的切分,最后消耗时间=文件传输时间(文本数据加载到内存)+切分过程消耗
多线程处理:
专门设置一个线程执行加载数据的操作,此时,如果加载的数据达到一个设定值,启动一个切线程处理,如此继续,多个切分字符串的线程能够并发执行,CPU的利用率提高了(文件传输的过程中没有占用处理器,而可以将加载的部分数据分配给切分线程,占用处理器来执行任务)
总结:
单线程处理,文件加载的过程中,处理器一直空闲,但也被加入到总执行时间之内,串行执行切分总时间,等于每切分一个时间*切分后字符串的个数,执行程序,估计等几分钟能处理完就不错了
多线程处理,文件加载过程与拆分过程,拆分过程与拆分过程,都存在并发——文件加载的过程中就执行了切分任务,切分任务执行过程中多线程并行处理,总消耗时间能比单线程提高很多,甚至几个数量级都不止。
在同一时间CPU只能执行一个线程
CPU在某一个时间点上确实只能执行一个线程,但是多线程不是由于多核或者双核才叫多线程。是由于,很多个线程在并行执行的时候,CPU根据一定的线程调度算法,频繁的进行线程切换,当正在执行的一个线程需要进行IO操作或者需要访问内存的时候,CPU完全可以放弃该线程,转而调度线程就绪队列上的其他线程,被放弃的线程则进入阻塞状态,IO操作或者访问内存操作结束之后,该线程可以进入线程就绪队列上。
人们通常意义上的多线程指的是,由于CPU根据一定的线程调度算法来切换线程,所以在一个时间段上,可以看做很多线程在并发执行。其实还是在某一个时间点上只有一个线程在运行罢了。
多线程的特点:随机性,谁先抢到资源谁执行,执行时间由cpu决定。
原因是多个线程都获取CPU的执行权,但是CPU执行到谁谁就运行。
注:在某一个时刻,只有一个程序在运行,其他的都是在等待执行,程序在计算机里是并发执行的,
JVM启动时就启动多线程:
1、执行main函数的线程。
2、负责垃圾回收的线程。
public class MyThread implements Runnable { private int ticket = 5; @Override public void run() { for (int i = 0; i < 300; i++) { if (ticket > 0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖票 ticket=" + ticket--); } } } public static void main(String[] args) { MyThread mt=new MyThread(); Thread t1=new Thread(mt); Thread t2=new Thread(mt); Thread t3=new Thread(mt); Thread t4=new Thread(mt); Thread t5=new Thread(mt); t1.start(); t2.start(); t3.start(); t4.start(); t5.start(); } }
执行结果为:
Thread-2卖票 ticket=4
Thread-2卖票 ticket=2
Thread-2卖票 ticket=1
Thread-0卖票 ticket=5
Thread-1卖票 ticket=3