多线程基础

交替任务

现代操作系统（如Windows、macOS、Linux）都可以执行多任务。多任务就是指系统同时运行多个任务，例如：在系统上同时打开浏览器、音乐播放器、视频播放器等就是多任务。

cpu执行代码是一条一条顺序执行的，事实上，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。

举个栗子：假如我们有语文、数学、英语三门作业要完成，每个作业需要30分钟的时间。把这3门作业看作3个任务，我们可以先做1分钟语文，再做1分钟数学，再做1分钟英语。这样轮流做下去，在现实世界中看起来也许速度很慢，但是把这样的模式迁移到计算机世界，在cpu的强大处理能力之下，做作业的速度就会看起来很快，就像是同时在做3门作业。

类似的，操作系统轮流让多个任务交替执行，举个栗子：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，在人看起来，cpu就像是在同时执行多个任务。

由于任务数往往是多于cpu核数的，所以即使是多核cpu也是任务交替执行的。

进程

在计算机中，一个任务就是一个进程，浏览器就是一个进程，视频播放器是另一个进程，类似的，音乐播放器和Word都是进程。在系统的任务管理器中，我们可以看到当前系统正在进行的进程有哪些。

某些进程内部还需要执行多个子任务。例如，在使用word时，word可以一边打字，一边进行拼写检查，同时也可在后台进行打印任务，子任务称为线程

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，但至少会有一个线程

操作系统调度的最小任务单位其实不是进程，而是线程。常用的Windows、Linux等操作系统都采用抢占式多任务，如何调度进程完成有操作系统决定，程序自己不能决定什么时候执行以及执行多长时间。

因为同一个应用程序，既可以有多个进程，也可以有多个线程，因此，实现多任务的方法，有以下几种：

多进程模式（每个进程只有一个线程）：

┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐
│Process   │ │Process   │ │Process   │
│┌────────┐│ │┌────────┐│ │┌────────┐│
││ Thread ││ ││ Thread ││ ││ Thread ││
│└────────┘│ │└────────┘│ │└────────┘│
└──────────┘ └──────────┘ └──────────┘

多线程模式（一个进程有多个线程）：

┌────────────────────┐
│Process             │
│┌────────┐┌────────┐│
││ Thread ││ Thread ││
│└────────┘└────────┘│
│┌────────┐┌────────┐│
││ Thread ││ Thread ││
│└────────┘└────────┘│
└────────────────────┘

多进程＋多线程模式（复杂度最高）：

┌──────────┐┌──────────┐┌──────────┐
│Process   ││Process   ││Process   │
│┌────────┐││┌────────┐││┌────────┐│
││ Thread ││││ Thread ││││ Thread ││
│└────────┘││└────────┘││└────────┘│
│┌────────┐││┌────────┐││┌────────┐│
││ Thread ││││ Thread ││││ Thread ││
│└────────┘││└────────┘││└────────┘│
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进程 VS 线程

进程和线程是包含关系，但是多任务既可以由多进程实现，也可以由单进程内的多线程实现，还可以混合多进程+多线程。具体使用哪种方式，要考虑到进程和线程的特点。

和多线程相比，多进程的缺点在于：

创建进程比创建线程开销更大，尤其在Windows系统上；
进程间的通信比线程慢，因为线程之间的通信就是读写同一个变量，速度很快。

而多进程的优点在于：多进程稳定性比多线程高，因为在多进程的情况下，一个进程的崩溃不会影响其他进程，而在多线程的情况下，任何一个线程的崩溃都会直接导致整个进程崩溃。

多线程

Java语言内置了多线程支持：一个Java程序实际上就是一个JVM进程，JVM进程用一个主线程来执行main()方法，在main()方法内部也可以启动多个线程。此外，JVM还有负责垃圾回收的其他工作线程。因此对于大多数Java程序来说，就是如何使用多线程实现多任务

和单线程相比，多线程编程的特点在于：多线程经常需要读写共享数据，并且需要同步。例如，播放电影时，就必须由一个线程播放视频，另一个线程播放音频，两个线程需要协调运行，否则画面和声音就不同步。因此，多线程编程的复杂度高，调试更困难。

Java多线程编程的特点又在于：

多线程模型是Java程序最基本的并发模型；
后续读写网络、数据库、Web开发等都依赖Java多线程模型。

创建新线程

Java语言内置了多线程支持。当Java程序启动的时候，实际上是启动了一个JVM进程，然后，JVM启动主线程来执行main()方法。在main()方法中，又可以启动其他线程。

要创建一个新线程很简单，只需要实例化一个Thread实例，然后调用它的start()方法。

源码链接

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread();
        t.start(); // 启动新线程
    }
}

这个线程是极其简单的，实际上没有什么也不做就立刻结束了，实际使用中，我们希望新线程能够执行指定的代码，有以下多种方法。

从Thread派生一个自定义类，然后覆写run()方法

源码

public class Main2 {
 public static void main(String[] args) {
     Thread thread = new MyThread();
     thread.start();
 }
}
 
 class MyThread extends Thread {
     @Override
     public void run() {
         System.out.println("Start new Thread!");
     }
 }

创建Thread实例时，传入一个Runnable实例

源码

public class Main3 {
 public static void main(String[] args) {
     Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
     thread.start();
 }
}
 class MyRunnable implements Runnable {
     @Override
     public void run() {
         System.out.println("Start new Thread!");
     }
 }

能够体现线程执行的语句和main()方法执行的区别的代码

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("main start...");
        Thread t = new Thread() {
            public void run() {
                System.out.println("thread run...");
                System.out.println("thread end.");
            }
        };
        t.start();
        System.out.println("main end...");
    }
}

main线程执行的代码有4行，首先打印main start，然后创建Thread对象，紧接着调用start()启动新线程。当start()方法被调用时，JVM就创建了一个新线程，我们通过实例变量t来表示这个新线程对象，并开始执行。

接着，main线程继续执行打印main end语句，而t线程在main线程执行的同时会并发执行，打印thread run和thread end语句。

当run()方法结束时，新线程就结束了。而main()方法结束时，主线程也结束了。

我们再来看线程的执行顺序：

main线程肯定是先打印main start，再打印main end；
t线程肯定是先打印thread run，再打印thread end。

但是，除了可以肯定，main start会先打印外，main end打印在thread run之前、thread end之后或者之间，都无法确定。因为从t线程开始运行以后，两个线程就开始同时运行了，并且由操作系统调度，程序本身无法确定线程的调度顺序。

要模拟并发执行的效果，可以在线程中调用Thread.sleep()，强迫当前线程暂停一段时间：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("main start...");
        Thread t = new Thread() {
            public void run() {
                System.out.println("thread run...");
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {}
                System.out.println("thread end.");
            }
        };
        t.start();
        try {
            Thread.sleep(20);
        } catch (InterruptedException e) {}
        System.out.println("main end...");
    }
}

sleep()传入的参数是毫秒。调整暂停时间的大小，我们可以看到main线程和t线程执行的先后顺序。

线程的优先级

可以对线程设定优先级，设定的方法是：

Thread.setPriority(int n) // 1~10, 默认值5

优先级高的线程被操作系统调度的优先级较高，操作系统对高优先级线程可能调度更频繁，但我们决不能通过设置优先级来确保高优先级的线程一定会先执行。

posted @ 2020-11-10 23:11 CNPolaris 阅读(72) 评论(0) 编辑收藏举报

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