AJPFX关于多线程概述及应用

Posted 2021-12-01 ajpfx

一、认识多任务、多进程、单线程、多线程
要认识多线程就要从操作系统的原理说起。

以前古老的DOS操作系统（V 6.22）是单任务的，还没有线程的概念，系统在每次只能做一件事情。比如你在copy东西的时候不能rename文件名。为了提高系统的利用效率，采用批处理来批量执行任务。

现在的操作系统都是多任务操作系统，每个运行的任务就是操作系统所做的一件事情，比如你在听歌的同时还在用MSN和好友聊天。听歌和聊天就是两个任务，这个两个任务是“同时”进行的。一个任务一般对应一个进程，也可能包含好几个进程。比如运行的MSN就对应一个MSN的进程，如果你用的是windows系统，你就可以在任务管理器中看到操作系统正在运行的进程信息。

一般来说，当运行一个应用程序的时候，就启动了一个进程，当然有些会启动多个进程。启动进程的时候，操作系统会为进程分配资源，其中最主要的资源是内存空间，因为程序是在内存中运行的。在进程中，有些程序流程块是可以乱序执行的，并且这个代码块可以同时被多次执行。实际上，这样的代码块就是线程体。线程是进程中乱序执行的代码流程。当多个线程同时运行的时候，这样的执行模式成为并发执行。

多线程的目的是为了最大限度的利用CPU资源。

Java编写程序都运行在在Java虚拟机（JVM）中，在JVM的内部，程序的多任务是通过线程来实现的。每用java命令启动一个java应用程序，就会启动一个JVM进程。在同一个JVM进程中，有且只有一个进程，就是它自己。在这个JVM环境中，所有程序代码的运行都是以线程来运行。

一般常见的Java应用程序都是单线程的。比如，用java命令运行一个最简单的HelloWorld的Java应用程序时，就启动了一个JVM进程，JVM找到程序程序的入口点main()，然后运行main()方法，这样就产生了一个线程，这个线程称之为主线程。当main方法结束后，主线程运行完成。JVM进程也随即退出 。

对于一个进程中的多个线程来说，多个线程共享进程的内存块，当有新的线程产生的时候，操作系统不分配新的内存，而是让新线程共享原有的进程块的内存。因此，线程间的通信很容易，速度也很快。不同的进程因为处于不同的内存块，因此进程之间的通信相对困难。

实际上，操作的系统的多进程实现了多任务并发执行，程序的多线程实现了进程的并发执行。多任务、多进程、多线程的前提都是要求操作系统提供多任务、多进程、多线程的支持。

在Java程序中，JVM负责线程的调度。线程调度是值按照特定的机制为多个线程分配CPU的使用权。
调度的模式有两种：分时调度和抢占式调度。分时调度是所有线程轮流获得CPU使用权，并平均分配每个线程占用CPU的时间；抢占式调度是根据线程的优先级别来获取CPU的使用权。JVM的线程调度模式采用了抢占式模式。

所谓的“并发执行”、“同时”其实都不是真正意义上的“同时”。众所周知，CPU都有个时钟频率，表示每秒中能执行cpu指令的次数。在每个时钟周期内，CPU实际上只能去执行一条（也有可能多条）指令。操作系统将进程线程进行管理，轮流（没有固定的顺序）分配每个进程很短的一段是时间（不一定是均分），然后在每个线程内部，程序代码自己处理该进程内部线程的时间分配，多个线程之间相互的切换去执行，这个切换时间也是非常短的。因此多任务、多进程、多线程都是操作系统给人的一种宏观感受，从微观角度看，程序的运行是异步执行的。

用一句话做总结：虽然操作系统是多线程的，但CPU每一时刻只能做一件事，和人的大脑是一样的，呵呵。


二、Java与多线程

Java语言的多线程需要操作系统的支持。

Java 虚拟机允许应用程序并发地运行多个执行线程。Java语言提供了多线程编程的扩展点，并给出了功能强大的线程控制API。

在Java中，多线程的实现有两种方式：
扩展java.lang.Thread类
实现java.lang.Runnable接口


每个线程都有一个优先级，高优先级线程的执行优先于低优先级线程。每个线程都可以或不可以标记为一个守护程序。当某个线程中运行的代码创建一个新 Thread 对象时，该新线程的初始优先级被设定为创建线程的优先级，并且当且仅当创建线程是守护线程时，新线程才是守护程序。

当 Java 虚拟机启动时，通常都会有单个非守护线程（它通常会调用某个指定类的 main 方法）。Java 虚拟机会继续执行线程，直到下列任一情况出现时为止：

调用了 Runtime 类的 exit 方法，并且安全管理器允许退出操作发生。
非守护线程的所有线程都已停止运行，无论是通过从对 run 方法的调用中返回，还是通过抛出一个传播到 run 方法之外的异常