并发编程(一)：线程的基本应用

进程和线程

进程

• 程序由指令和数据组成，但这些指令要运行，数据要读写，就必须将指令加载至CPU，数据加载至内存。在指令运行过程中需要用到磁盘、网络等设备。进程就是用来加载指令、管理内存、管理IO的。
• 当一个程序被运行，从磁盘加载这个程序的代码至内存，这时就开启了一个进程。
• 进程可以看做程序的一个实例。大部分程序可以同时运行多个实例(例如浏览器)，有得只能启动一个实例进程(例如网易云音乐)。

线程

• 一个进程之内可以分为一到多个线程。
• 一个线程就是一个指令流，将指令流中的一条条指令以一定的顺序交给CPU执行。
• Java中，线程作为最小的调度单位，进程作为资源最小的分配单位。

进程和线程对比

• 进程基本上是相互独立的，而线程存在于进程内，是进程的一个子集
• 进程拥有共享的资源，如内存空间等，供其内部线程共享
• 进程间通信较为复杂(同一台计算机进程通信称为IPC，不同计算机之间需要通过网络，遵守共同协议，如HTTP协议)
• 线程通信较为简单，同一进程内的线程共享内存，例如多线程访问共享资源
• 线程更轻量，线程上下文切换成本一般要比进程上下文切换成本低

并行和并发

并发

• 单核CPU，线程还是串行执行的。操作系统中有一个叫任务调度器的组件，将cpu时间片分给不同的线程使用，由于cpu在线程间的切换非常快，我们感觉是同时运行的。
• 微观串行，宏观并行
• 一般将线程轮流使用CPU的做法称为并发(concurrent)

并行

• 多核CPU下，每个核都可以调度运行线程，这时候线程可以是并行的

并发和并行比较

• 并发(concurrent)同一时间应对(dealing with)多件事情的能力
• 并行(parallel)同一时间动手做(doing)多件事情的能力

创建和运行线程

方法一：继承Thread类

@Slf4j(topic = "ants.extendThread")
public class ExtendThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        log.debug("创建线程一：继承Thread类，重写run方法");
    }

    public static void main(String[] args) {
        ExtendThread extendThread = new ExtendThread();
        extendThread.setName("t1");
        extendThread.start();
    }
}

方法二：实现Runnable接口

@Slf4j(topic = "ants.implRunnable")
public class ImplRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        log.debug("实现Runnable接口，重写run(),创建线程");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new ImplRunnable());
        thread.setName("t1");
        thread.start();
    }
}

继承Thread类和实现Runnable接口创建线程比较

• 使用实现RUnnable接口的方式创建线程，分离了任务和线程之前的关系，代码更灵活
• 使用Runnable接口方式，更容易和线程池高级API结合

方法三：实现Callable接口

@Slf4j(topic = "ants.ImplCallable")
public class ImplCallable implements Callable<Integer> {
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        log.debug("run-----");
        Thread.sleep(1000);
        return 10;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        FutureTask<Integer> task = new FutureTask(new ImplCallable());
        Thread t = new Thread(task);
        t.start();
        Integer o = task.get();
        log.debug("result value:{}",o);
    }
}

查看进程方法

windows

• tasklist：查看进程
• taskkill：杀死进程 taskkill /F /PID 进程号

Linux

• ps -ef|grep java
• top top -H -p 进程号 H:查看线程 -p：进程id 在top中查看进程id中所有线程信息

Java

• jps 插卡所有Java进程
• jstack pid 查看某个Java进程的所有线程状态
• jconsole 查看某个Java进程中线程的运行情况

线程运行原理

栈帧图解

栈帧图解.png

线程上下文切换

• 线程CPU时间片用完
• 垃圾回收
• 更高优先级线程执行
• 自己调用sleep、yield、synchronized等方法
  上下文切换由程序计数器(Java方法)保存当前线程下一条执行的执行指令地址
  上下文切换需要保存栈帧里面信息(局部变量表、返回地址、操作数栈等)