詳解JUC并發(fā)編程中的進(jìn)程與線程學(xué)習(xí)
進(jìn)程與線程
進(jìn)程
- 程序由指令和數(shù)據(jù)組成，但這些指令要運(yùn)行，數(shù)據(jù)要讀寫，就必須將指令加載至 CPU，數(shù)據(jù)加載至內(nèi)存。在指令運(yùn)行過(guò)程中還需要用到磁盤、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備。進(jìn)程就是用來(lái)加載指令、管理內(nèi)存、管理 IO 的
- 當(dāng)一個(gè)程序被運(yùn)行，從磁盤加載這個(gè)程序的代碼至內(nèi)存，這時(shí)就開(kāi)啟了一個(gè)進(jìn)程。
- 進(jìn)程就可以視為程序的一個(gè)實(shí)例。大部分程序可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)實(shí)例進(jìn)程（例如記事本、畫圖、瀏覽器等），也有的程序只能啟動(dòng)一個(gè)實(shí)例進(jìn)程（例如網(wǎng)易云音樂(lè)、360 安全衛(wèi)士等）
線程
線程是主要負(fù)責(zé)運(yùn)行指令，進(jìn)程是主要管加載指令。
一個(gè)進(jìn)程之內(nèi)可以分為一到多個(gè)線程。
一個(gè)線程就是一個(gè)指令流，將指令流中的一條條指令以一定的順序交給 CPU 執(zhí)行
Java 中，線程作為最小調(diào)度單位，進(jìn)程作為資源分配的最小單位。 在 windows 中進(jìn)程是不活動(dòng)的，只是作為線程的容器
同步異步
- 需要等待結(jié)果返回，才能繼續(xù)運(yùn)行就是同步
- 不需要等待結(jié)果返回，就能繼續(xù)運(yùn)行就是異步
串行并行執(zhí)行時(shí)間
使用多核cpu并行執(zhí)行可以明顯的提高執(zhí)行效率
- 串行執(zhí)行時(shí)間 = 各個(gè)線程時(shí)間累加和 + 匯總時(shí)間
- 并行執(zhí)行時(shí)間 = 最慢的線程時(shí)間 + 匯總時(shí)間
注意：?jiǎn)魏艘廊皇遣l(fā)的思想（即：cpu輪流去執(zhí)行線程，微觀上仍舊是串行），使用單核的多線程可能會(huì)比使用單核的單線程慢，這是因?yàn)槎嗑€程上下文切換反而浪費(fèi)了時(shí)間。
創(chuàng)建和運(yùn)行線程
1.使用 Thread
public static void main(String[] args) {
// 創(chuàng)建線程對(duì)象
Thread t = new Thread("線程1") {
public void run() {
// 要執(zhí)行的任務(wù)
log.debug("線程1被啟動(dòng)了");
}
};
// 啟動(dòng)線程
t.start();
log.debug("測(cè)試");
}
2.使用 Runnable 配合 Thread
public static void main(String[] args) {
Runnable runnable = new Runnable() {
public void run() {
// 要執(zhí)行的任務(wù)
log.debug("線程1被啟動(dòng)了");
}
};
// 創(chuàng)建線程對(duì)象
Thread t = new Thread(runnable);
t.setName("線程1");
// 啟動(dòng)線程
t.start();
log.debug("測(cè)試");
}
這里的Runnable是一個(gè)接口，接口中只有一個(gè)抽象方法，由我們來(lái)提供實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)中包含線程的代碼就可以了。
@FunctionalInterface
public interface Runnable {
/**
* When an object implementing interface <code>Runnable</code> is used
* to create a thread, starting the thread causes the object's
* <code>run</code> method to be called in that separately executing
* thread.
* <p>
* The general contract of the method <code>run</code> is that it may
* take any action whatsoever.
*
* @see java.lang.Thread#run()
*/
public abstract void run();
}
Thread 與 Runnable 的關(guān)系原理分析
方法1原理分析
方法2是使用runnable對(duì)象，當(dāng)成參數(shù)傳給Thread構(gòu)造方法，其中又調(diào)用了init方法，下面是Thread構(gòu)造方法的源碼
public Thread(Runnable target) {
init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
繼續(xù)跟蹤查看runnable對(duì)象傳到哪里去了，可以看到又傳給了另一個(gè)重載的init，如下
private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name, long stackSize) { init(g, target, name, stackSize, null, true); }private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
long stackSize) {
init(g, target, name, stackSize, null, true);
}
再次跟蹤可以看到是把runnable對(duì)象傳給了一個(gè)thread的一個(gè)成員變量
//省略部分代碼 this.target = target;
那么這個(gè)成員變量在哪里在使用了呢，經(jīng)過(guò)查找可以發(fā)現(xiàn)是在run方法里面，只不過(guò)Thread發(fā)現(xiàn)有runnable對(duì)象就會(huì)先采用runnable的run方法。
@Override
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}
方法2原理分析
通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)子類去重寫Thread類的run方法，這樣就不會(huì)執(zhí)行父類的run方法。
1.用 Runnable 更容易與線程池等高級(jí) API 配合
2.用 Runnable 讓任務(wù)類脫離了 Thread 繼承體系，更靈活
方法3 FutureTask配合Thread創(chuàng)建線程
Future接口中含有g(shù)et方法來(lái)返回結(jié)果的
//省略部分代碼
V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
V get(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
而runnable本身是沒(méi)有返回結(jié)果的，runnable不能將結(jié)果傳給其他線程。
public interface Runnable {
public abstract void run();
}
要注意到FutureTask也實(shí)現(xiàn)了Runnable接口，也可以傳給Thread的有參構(gòu)造里面。
創(chuàng)建線程的代碼
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
// 創(chuàng)建任務(wù)對(duì)象
FutureTask<Integer> task3 = new FutureTask<>(new Callable<Integer>() {
@Override
public Integer call() throws Exception {
log.debug("線程1被執(zhí)行了");
return 666;
}
});
// 參數(shù)1 是任務(wù)對(duì)象; 參數(shù)2 是線程名字，推薦
new Thread(task3, "線程1").start();
// 主線程阻塞，同步等待 task 執(zhí)行完畢的結(jié)果
Integer result = task3.get();
log.debug("結(jié)果是:{}", result);
}
查看進(jìn)程
- 任務(wù)管理器可以查看進(jìn)程和線程數(shù)，也可以用來(lái)殺死進(jìn)程，也可以在控制臺(tái)使用
tasklist查看進(jìn)程taskkill殺死進(jìn)程 - jconsole 遠(yuǎn)程監(jiān)控配置來(lái)查看
線程運(yùn)行原理
JVM 中由堆、棧、方法區(qū)所組成，其中棧就是給線程使用的。
方法調(diào)用時(shí)，就會(huì)對(duì)該方法產(chǎn)生一個(gè)棧幀，方法的局部變量都會(huì)在棧幀中存儲(chǔ)。棧是后進(jìn)先出，當(dāng)method2執(zhí)行完就會(huì)回收，在執(zhí)行完同時(shí)會(huì)記錄返回地址，然后在method1中繼續(xù)執(zhí)行。
線程之間的棧幀是相互獨(dú)立的，之間互不干擾。
線程上下文切換
當(dāng)上下文切換時(shí)，要保存當(dāng)前的狀態(tài)，因?yàn)榭赡苁菚r(shí)間片用完了，此時(shí)線程還沒(méi)有結(jié)束。Java中對(duì)應(yīng)的就是程序計(jì)數(shù)器
start與run方法
啟動(dòng)一個(gè)線程必須要用start方法，如果直接調(diào)用類里面的run方法實(shí)際走的是main主線程。
線程start前getState()得到的是NEW
線程start后getState()得到的是RUNNABLE
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread("t1") {
@Override
public void run() {
log.debug("t1被啟動(dòng)");
}
};
System.out.println(t1.getState());
t1.start();
System.out.println(t1.getState());
}
sleep方法
在sleep期間調(diào)用getState()方法可以得到TIMED_WAITING
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread("線程1") {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
t1.start();
log.debug("線程1 state: {}", t1.getState());
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
log.debug("線程1 state: {}", t1.getState());
}
sleep打斷
sleep可以使用interrupt方法打斷，打斷后會(huì)觸發(fā)InterruptedException異常
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread("t1") {
@Override
public void run() {
log.debug("進(jìn)入睡眠");
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
log.debug("被喚醒");
e.printStackTrace();
}
}
};
t1.start();
Thread.sleep(1000);
log.debug("打斷");
t1.interrupt();
}
sleep防止cpu使用100%
在沒(méi)有利用cpu來(lái)計(jì)算時(shí)，不要讓while(true)空轉(zhuǎn)浪費(fèi)cpu，這時(shí)可以使用yield或 sleep 來(lái)讓出cpu的使用權(quán)給其他程序
yield方法會(huì)把cpu的使用權(quán)讓出去，然后調(diào)度執(zhí)行其它線程。線程的調(diào)度最終還是依賴的操作系統(tǒng)的調(diào)度器。
join方法
該方法會(huì)等待線程的結(jié)束
static int r = 11;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
test1();
}
private static void test1() throws InterruptedException {
log.debug("主線程開(kāi)始");
Thread t1 = new Thread(() -> {
sleep(1);
r = 888;
},"線程1");
t1.start();
// t1.join();
log.debug(String.valueOf(r));
log.debug("主線程線程結(jié)束");
}
join沒(méi)有使用時(shí)，返回的是11，若是使用join返回的是888，是主線程在同步等待線程1。
當(dāng)然還有其他的方法等待
1.sleep方法等待線程1結(jié)束
2.利用FutureTask的get方法
join（long n）方法可以傳入?yún)?shù)，等待線程運(yùn)行結(jié)束,最多等待 n 毫秒，假如執(zhí)行時(shí)間大于等待的時(shí)間，就會(huì)不再等待。那么該線程會(huì)直接結(jié)束嗎？答案是不會(huì)。
如下代碼
public class Test10 {
static int r = 11;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
test1();
}
private static void test1() throws InterruptedException {
log.debug("主線程開(kāi)始");
Thread t1 = new Thread(() -> {
sleep(2);
r = 888;
log.debug("線程1結(jié)束");
},"線程1");
t1.start();
t1.join(1000);
log.debug(String.valueOf(r));
log.debug("主線程線程結(jié)束");
}
}
輸出結(jié)果，可以看到這里只是主線程不再等待。
16:28:53.360 c.Test10 [main] - 主線程開(kāi)始
16:28:54.411 c.Test10 [main] - 11
16:28:54.411 c.Test10 [main] - 主線程線程結(jié)束
16:28:55.404 c.Test10 [線程1] - 線程1結(jié)束
interrupt 方法
interrupt可以用來(lái)打斷處于阻塞狀態(tài)的線程。在打斷后，會(huì)有一個(gè)打斷標(biāo)記（布爾值）會(huì)提示是否被打斷過(guò)，被打斷過(guò)標(biāo)記為true否則為false.
但是sleep、wait和join可以來(lái)清空打斷標(biāo)記。
代碼如下
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
log.debug("sleep...");
try {
Thread.sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
},"t1");
t1.start();
Thread.sleep(1000);
log.debug("interrupt");
t1.interrupt();
log.debug("打斷標(biāo)記:{}", t1.isInterrupted());
}
線程被打斷后并不會(huì)結(jié)束運(yùn)行，有人就會(huì)問(wèn)了，那我們?nèi)绾卧诖驍嗑€程后關(guān)閉線程呢？答案就是利用打斷標(biāo)記去實(shí)現(xiàn)。
可以在線程的死循環(huán)之中加入一個(gè)判斷去實(shí)現(xiàn)。
boolean interrupted = Thread.currentThread().isInterrupted();
if(interrupted) {
log.debug("退出循環(huán)");
break;
}
守護(hù)進(jìn)程
Java 進(jìn)程通常需要所有線程都運(yùn)行結(jié)束，才會(huì)結(jié)束。
但是存在一種守護(hù)進(jìn)程，只要其他非守護(hù)進(jìn)程結(jié)束，守護(hù)進(jìn)程就會(huì)結(jié)束。垃圾回收器就使用的守護(hù)進(jìn)程。
線程的狀態(tài)
操作系統(tǒng)層面（早期進(jìn)程的狀態(tài)）
- 初始狀態(tài) 在語(yǔ)言層面創(chuàng)建了線程對(duì)象，還未與操作系統(tǒng)線程關(guān)聯(lián)
- 可運(yùn)行狀態(tài)（就緒狀態(tài)）指該線程已經(jīng)被創(chuàng)建（與操作系統(tǒng)線程關(guān)聯(lián)），可以由 CPU 調(diào)度執(zhí)行任務(wù)。
- 運(yùn)行狀態(tài) 獲取了 CPU 時(shí)間片運(yùn)行中的狀態(tài)
- 調(diào)用阻塞api使運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)為阻塞狀態(tài)
- 終止?fàn)顟B(tài) 表示線程已經(jīng)執(zhí)行完畢
Java API 層面
1、新建狀態(tài)（New）
Thread t1 = new Thread("t1") {
@Override
public void run() {
log.debug("running...");
}
};
log.debug("t1 state {}", t1.getState());
2、就緒狀態(tài)（Runnable）與運(yùn)行狀態(tài)（Running）
Thread t2 = new Thread("t2") {
@Override
public void run() {
while(true) { // runnable
}
}
};
t2.start();
log.debug("t2 state {}", t2.getState());
3、阻塞狀態(tài)（Blocked）
用一個(gè)線程拿到鎖，使得當(dāng)前線程沒(méi)拿到鎖會(huì)出現(xiàn)阻塞狀態(tài)。
Thread t6 = new Thread("t6") {
@Override
public void run() {
synchronized (TestState.class) { // blocked
try {
Thread.sleep(90000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
};
t6.start();
4、等待狀態(tài)（Waiting）
等待一個(gè)未執(zhí)行完成的線程
t2.join(); //等待狀態(tài)
5、超時(shí)等待（Time_Waiting）
可以在指定的時(shí)間自行返回的。
6、終止?fàn)顟B(tài)（TERMINATED）
線程執(zhí)行完了或者因異常退出了run()方法，該線程結(jié)束生命周期。 終止的線程不可再次復(fù)生。
總結(jié)
本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來(lái)幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!
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