JAVA 多线程和并发学习笔记（四)

Posted 2020-08-08 wisdo的博客

1. 多进程

　　实现并发最直接的方式是在操作系统级别使用进程，进程是运行在它自己的地址空间内的自包容的程序。多任务操作系统可以通过周期性地将CPU从一个进程切换到另一个进程，来实现同时运行多个进程。 尽管对于一个CPU而言，它在某个时间点只能运行一个进程，但CPU可以在多个进程之间进行轮换执行，并且CPU的切换速度极高，使我们无法感知其切换的过程，就好像有多个进程在同时执行。

　　几乎所有的操作系统都支持进程的概念，所有运行中的任务通常对应一个进程(Process)。当一个程序进入内存运行时，即变成一个进程。进程是处于运行过程中的程序，并且具有一定的独立功能，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。一般而言，进程包含如下3个特征:

• 独立性：进程是系统中独立存在的实体，它可以拥有自己独立的资源，每一个进程都拥有自己私有的地址空间。在没有经过进程本身允许的情况下，一个用户进程不可以直接访问其他进程的地址空间。
• 动态性：进程与程序的区别在于，程序只是一个静态的指令集合，而进程是一个正在系统中活动的指令集合。在进程中加入了时间的概念，进程具有自己的生命周期和各种不同的状态，这些概念在程序中部是不具备的。
• 并发性：多个进程可以在单个处理器上并发执行，多个进程之间不会互相影响。

2 多线程

2.1 多线程概述

　　多线程则扩展了多进程的概念,用于实现并发。使得同一个进程中也可以同时并发处理多个任务。线程(Thread)也被称作轻量级进程（Lightweight Process）。线程是进程的执行单元，就像进程在操作系统中的地位一样，线程在程序中是独立的、并发的执行流。当进程被初始化后，主线程就被创建了。对于绝大多数的应用程序来说，通常仅要求有一个主线程，但也可以在该进程内创建多条顺序执行流，这些顺序执行流就是线程，每个线程也是互相独立的。

　　线程是进程的组成部分，一个进程可以拥有多个线程，一个线程必须有一个父进程。线程可以拥有自己的堆栈、自己的程序计数器和自己的局部变量，但不拥有系统资源，它与父进程的其他线程共享该进程所拥有的全部资源。因为多个线程共享父进程里的全部资源，因此编程更加方便；但必须更加小心，我们必须确保线程不会妨碍同一进程里的其他线程。

2.2 多线程机制

　　线程模型为编程带来了便利，它简化了在单一程序中同时交织在一起的多个操作的处理。在使用线程时，CPU将轮流给每个任务分配其占用时间。每个任务都觉得自己在一直占用CPU，但事实上CPU时间是划分成片段分配给了所有的任务。线程的一大好处是可以使你从这个层次抽身出来，即代码不必知道它是运行在具有一个还是多个CPU的机器上。所以，使用线程机制是一种建立透明的、可扩展的程序的方法，如果程序行得太慢，为机器增添一个CPU就能很容易地加快程序的运行速度。多任务和多线程往往是使用多处理器系统的最合理方式。

2.3 多线程调度

　　线程可以完成一定的任务，可以与其他线程共享父进程中的共享变量及部分环境，相互之间协同来完成进程所要完成的任务。线程是独立运行的，它并不知道进程中是否还有其他线程存在，线程的执行是抢占式的，也就是说，当前运行的线程在任何时候都可能被挂起，以便另外一个线程可以运行。

　　一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一个进程中的多个线程之间可以并发执行。从逻辑角度来看，多线程存在于一个应用程序中，让一个应用程序中可以有多个执行部分同时执行，但操作系统无须将多个线程看作多个独立的应用，对多线程实现调度和管理以及资源分配。线程的调度和管理由进程本身负责完成。

　　归纳起采可以这样说：操作系统可以同时执行多个任务，每个任务就是进程；进程可以同时执行多个任务，每个任务就是线程。简而言之，一个程序运行后至少有一个进程，一个进程里可以包含多个线程，但至少要包含一个线程。

2.4 多线程的优势

　　线程在程序中是独立的、并发的执行流，与分隔的进程相比，进程中线程之间的隔离程度要小

　　它们共享内存、文件句柄和其他每个进程应有的状态。因为线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率

　　线程比进程具有更高的性能，这是由于同一个进程中的线程都有共性----多个线程共享同一个进程虚拟空间。线程共享的环境包括进程代码段、进程的公有数据等。利用这些共享的数据，线程很容易实现相互之间的通信

　　当操作系统创建一个进程时，必须为该进程分配独立的内存空间，并分配大量的相关资源；但创建一个线程则简单得多，因此使用多线程来实现并发比使用多进程实现并发的性能要高得多

• 总结起来，使用多线程编程具有如下几个优点：
• 进程之间不能共享内存，但线程之间共享内存非常容易
• 系统创建进程时需要为该进程重新分配系统资源，但创建线程则代价小得多，因此使用多线程来实现多任务并发比多进程的效率高
• Java语言内置了多线程功能支持，而不是单纯地作为底层操作系统的调度方式，从而简化了Java的多线程编程

在实际应用中，多线程是非常有用的，一个浏览器必须能同时下载多个图片；一个Web服务器必须能同时响应多个用户请求；Java虚拟机本身就在后台提供了一个超级线程来进行垃圾回收；图形用户界面(GUI)应用也需要启动单独的线程从主机环境收集用户界面事件……总之，多线程在实际编程中的应用是非常广泛的.