认识多线程就看这一篇吧

东边的大西瓜

发布于 2022-05-05 11:21:03

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发布于 2022-05-05 11:21:03

前言

想必大家对电脑都不陌生，不管你的电脑是Windows系统还是Mac系统，现在都已经是多任务操作系统，多任务就是可以在同一时间运行多个程序的能力。多任务带给我们的最直观的体验，就是我们可以边听音乐边打字。不过多任务操作系统不一定要有多CPU，让多个任务分时共享CPU就好了。比如Windows多任务处理采用的是虚拟机技术。而且要注意的是单核的多任务操作系统在宏观上（看起来）是并行的，微观上（程序运行时）是并发的。（有空聊聊多核、单核、多CPU？）

什么是线程？

在引入线程前我们先来了解下什么是进程，因为线程是进程中的一个实体，线程本身是不会独立存在的。

进程：进程是代码在数据集合上的一次运行活动，是一个动态概念。它是系统进行资源分配和调度的基本单位，每个进程都拥有自己的一整套变量（地址空间）。进程的五种基本状态：初始态、执行态、等待状态、就绪状态、终止状态。
线程：线程是进程的一个执行路径，一个进程至少有一个线程，进程中的多个线程共享进程的资源。线程是CPU分配的基本单位。

这里我们抽象的来理解下，我们可以将进程比作是一场正在进行的演唱会，而线程就是歌手、吉他手、鼓手等表演人员,台下的观众就是资源。

【一个进程包含至少一个进程】：当演奏一首歌时，歌手在唱歌，吉他手在弹吉他，鼓手在敲鼓。当然歌手可以选择清唱。
【多个线程共享进程的资源】：一场演唱会的观众是固定的，因此表演人员们所能获得到的关注度是一定的，我们这里假定每个观众都只能关注一个自己喜欢的，比如歌手或者吉他手。

总结：进程是资源分配的基本单位，线程是CPU分配的基本单位。（也可以说是最小单位）

当然我们可以从更专业的角度来理解进程和线程之间的关系：（以下内容参考自《Java并发编程之美》、《深入理解Java虚拟机》）

在Java中，当我们启动main函数时，其实就是启动了一个JVM进程，而main函数所在的线程就是这个进程中的一个进程，也称主线程。

从上图我们可以看到，一个进程中可以有多个线程，多个线程共享进程的堆和方法区资源，但是每个线程都有自己的程序计数器和栈区域。

程序计数器：下一条指令地址。作用就是记录当前线程让出CPU时的执行地址，等到再次分配到CPU时间片时线程基于可以从自己私有的计数器指定地址继续执行。简单一句话，就是记录之前程序执行到哪里了。（可以理解为轮盘->）
栈：每个线程都有自己的栈资源，用于存储该线程的局部变量，这些局部变量是该线程私有的，还可以存放线程的调用栈帧。
堆：是一个进程中最大的一块内存，堆是被进程中的所有线程共享的，是进程创建时分配的。我们在讲类和对象时提到过，几乎所有的对象实例和数组都是在堆中分配内存的。
方法区：方法区和Java堆一样，也是各个线程共享变量的内存区域，它用于存放已被JVM加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。《Java虚拟机规范》中把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是他也有一个别名叫做“非堆”（Non-Heap），目的是与Java堆区分开来。

Java线程的创建方式

常见的Java线程的3种创建方式：继承Thread类、实现Runnable接口、和Callable实现有返回值的线程。

继承Thread类

public class Algorithm {
  static int i=0;
  static class MyThread extends Thread {
    private String name;
    public MyThread(){};
    public MyThread(String name){
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        for(int k=0;k<=100;k++) {
            System.out.println(name+" " +k);
        }

    }
}

public static void main(String[] args) {
    MyThread thread1 = new MyThread("线程1");
    MyThread thread2 = new MyThread("线程2");
        thread1.start();
        thread2.start();
    }

}

从下图的执行结果中可以看出，线程的调度和先后是没关系的，而且线程1、2是交替执行的。

实现Runnable接口

public class Run {
  static class MyRunnable implements Runnable{
      @Override
      public void run() {
          System.out.println("Hello");
      }
  }

  public static void main(String[] args) {
      MyRunnable runnable = new MyRunnable();
      new Thread(runnable).start();
  }
}

从上述代码我们可以看出，Runnable的实现依赖于Thread。当一个实现了Runnable的线程实例给Thread后，Threa会调用Runnable的run方法。

实现Callable接口

public class Call {

  static class MyCallable implements Callable<String>{

      @Override
      public String call() throws Exception {
          return "Hello";
      }
  }

  public static void main(String[] args) {
      FutureTask<String> futureTesk = new FutureTask(new MyCallable());
      new Thread(futureTesk).start();
      try{
          String result = futureTesk.get();
          System.out.println(result);

      }catch (ExecutionException | InterruptedException e){
          e.printStackTrace();
      }
  }
}

这是一个具有返回值的线程实现方式。