java-多线程（上）

多线程简单入门（Java）（上篇：概念理解）

本篇文章会简单地介绍一下多线程的相关概念，多线程的实现方法（这里我将会用大量的代码实例来介绍），多线程的应用场景以及经典的生产者消费者问题。通过这篇文章，我们将会对多线程有初步的理解；本文中讲上篇，建议结合下篇学习。

一、什么是多线程？什么时候用到多线程？多线程的优点是什么？

多线程首先是一个操作系统中的概念。首先我们来区分一下：程序、进程、线程。程序，显而易见，是一段静态代码。它是一组指令的集合，采用某种语言编写的，比如java语

言，目的是完成一种特定的功能。

进程一个抽象实体，当它要执行某个任务时，将要分配和释放各种资源。进程是资源分配的基本单位。它是一个动态的过程，它动态地被创建，并被调度执行后消亡。例如：一

个正在运行的QQ进程,一个运行着的播放器进程。但是我们发现QQ的运行和播放器是可以同时运行的，所以，进程具有并发性。在不考虑资源共享的情况下，各进程的执行是独立的，

执行速度是异步的。用一句话概括一下，进程是一个程序对某数据集的执行过程，是分配资源，CPU调度的基本单位。

线程：线程是一个程序内部的一条执行路径，是进程的一部分。那么，若一个进程同一时间并行执行多个线程，就形成了多线程。

线程：起初引入线程的概念，主要是为了减少进程切换和创建的开销。因为对于线程而言，它和进程都是CPU调度的基本单位，但是线程与计算机软硬件资源的分配无关。线程只能共

享它所属进程的资源。使用线程的最大好处就是在有多个任务需要CPU处理机处理时可以减少处理机的切换时间。

多线程：一个进程中的多个线程，它们共享相同的内存单元/内存地址空间。它们从同一个堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象，这就使得线程间通信更简便高效，但是，

多个线程共享也会带来安全隐患。对于单核CPU来说，并没有实现真正的多线程。因为在一个时间单元内，只能执行一个线程的任务。此时的多线程其实多个线程交替地执行，只不过

它们执行的速度非常快，我们感觉好像是在同时执行。那对于多核CPU，便会真正地实现多线程。

什么时候用到多线程？

1、程序需要同时执行两个或者多个任务的时候；

2、程序需要实现一些需要等待的任务时，如用户输入，文件读写操作，网络操作，搜索等。

3、需要一些后台运行的程序时。

多线程的优点是什么？

1、提高应用程序的响应，对图形化界面更有意义，可增强用户体验。

2、提高计算机系统的CPU利用率。

3、改善程序结构，将既长又复杂的进程分为多个线程，独立运行，利于理解和修改。

二、线程的生命周期

线程有五种状态：新建，就绪，运行，阻塞，死亡。下面是线程的生命周期图示：

三、线程的安全，线程的同步与互斥。

线程为什么会有安全问题？是因为多个线程执行的不确定性会引起执行结果的不稳定性。比如多个线程操作同一个储蓄账户，而没有保护机制，会导致操作的不完整性。举个例子，假

如两个人去同时去取钱，卡里只有1000。甲想取1000，但是因为某种原因，取完钱后该取钱的线程正好被阻塞，导致账户余额还没有冲减，乙执行，乙也取了1000.那这样的话，甲乙

都取了1000.那么此时账户余额变为-1000.这就是出现了线程的不安全问题。

解决的办法就是：线程的同步。同步就是协同步调，按照预定的先后次序进行运行。线程同步是指多线程通过特定的设置（如互斥量，事件对象，临界区）来控制线程之间的执行顺序

（即所谓的同步），也可以说是在线程之间通过同步建立起执行顺序的关系，如果没有同步，那线程之间是各自运行各自的！接着上面的例子，也就会等待甲全部操作完了以后，乙才

可以对账户进行操作。

线程互斥是指对于共享的进程系统资源，在多个线程访问时的排他性。当有若干个线程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多只能允许一个线程使用，其他需要使用该资源的线程必

须等待，直到占用资源者释放该资源。线程互斥可以看成是一种特殊的线程同步。

四、线程的死锁问题

死锁是如何产生的？死锁的起因是并发进程的资源竞争。把不同的线程分别占有对方需要的同步资源不放弃，都需要等待对方放弃自己所需要的同步资源，便形成了线程的死锁。

五、线程通信：生产者消费者问题

问题描述：把并发进程的同步和互斥问题一般化，可以得到一个抽象的一般模型，即生产者-消费者问题。计算机系统中，每个进程都申请使用和释放各种不同类型的资源，这些资源

可以是外设、内存及缓冲区，也可以是临界区、数据和例程等软件资源。把系统中使用某一类资源的进程称为资源的消费者，而把释放同类资源的进程称为资源的生产者。

首先，生产者消费者问题是一个同步问题，它们之间有一个有界缓冲区。即生产者和消费者必须满足如下条件：

（1）消费者想接收数据时，有界缓冲区中至少有一个单元是满的；

（2）生产者想发送数据时，有界缓冲区中至少有一个单元是空的。

另外，由于有界缓冲区是临界资源，因此，各生产者和各消费者进程之间必须互斥执行。