Java之线程与进程

2019-11-13 16:09:25来源:博客园 阅读 ()

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Java之线程与进程

一、线程与进程

  线程:一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流,一个进程中可以并发多个线程,每条线程并行执行不同的任务。多线程是多任务的一种特别形式,但多线程使用了更小的资源开销。

  进程:一个进程包括有操作系统分配的内存空间,包含一个或多个线程。一个线程不能独立的存在。它必须是进程的一部分。一个进程一直运行直到所有的非守护线程都结束运行后才能结束。

  进程 线程
定义

进程是指处于运行中的程序,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单位。

当程序进入内存时,即为进程。

线程是进程的组成部分,一个进程可以拥有多个线程,而一个线程必须拥有一个父进程。

线程可以拥有自己的堆栈,自己的程序计数器和局部变量,但不能拥有系统资源。

它与父进程的其他线程共享该进城的所有资源。

特点

1)独立性:进程是系统中独立存在的实体,它可以独立拥有资源,每一个进程都有自己独立的地址空间,

没有进程本身的运行,用户进程不可以直接访问其他进程的地址空间。

2)动态性:进程和程序的区别在于进程是动态的,进程中有时间的概念,进程具有自己的生命周期和各种

不同的状态。

3)并发性:多个进程可以在单个处理器上并发执行,互不影响。

1)线程可以完成一定任务,可以和其他线程共享父进程的共享变量和部分环境,相互协作来完成任务。

2)线程是独立运行的,其不知道进程中是否还有其他线程存在。

3)线程的执行是抢占式的,也就是说,当前执行的线程随时可能被挂起,一边运行另一个线程。

4)一个线程可以创建或撤销另一个线程,一个进程中的多个线程可以并发执行。

二、线程的生命周期


  

新建状态(New)

  使用new关键字和Thread类或七子类建立一个线程对象后,该线程对象就处于新建状态。此时仅由JVM为其分配内存,并初始化其成员变量的值。它保持这个状态知道程序start()这个线程。

就绪状态(runnable)

  当线程对象调用了start()方法之后,该线程就进入就绪状态。就绪状态的线程处于就绪队列中,Java虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器,等待JVM里线程调度器的调度。

运行状态(running)

  如果就绪状态的线程获取CPU资源,就可以执行run方法,此时线程便处于运行状态。处于运行状态的线程最为复杂,它可以变为阻塞状态、就绪状态和死亡状态。

阻塞状态(blocked)

  线程因为某种原因放弃了CPU使用权,暂时停止运行。直到线程进入可运行状态,才有机会再次获得CPU timeslice 转到运行状态。

  如果一个线程执行了sleep(睡眠),suspend(挂起)等方法,失去所占用资源之后,该线程就从运行状态进入阻塞状态。在睡眠时间已到或获得设备资源后可以重新进入就绪状态。可以分为三种:

  1)等待阻塞:运行状态中的线程执行wait方法,使线程进入到等待阻塞状态;

  2)同步阻塞:线程在获取synchronized同步锁失败(因为同步锁被其他线程占用);

  3)其他阻塞:通过调用线程的sleep()或join()发出了IO请求时,线程就会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时,join()等待线程终止或超时,或IO请求处理完毕,线程重新转入就绪状态。

死亡状态(dead)

  一个运行状态的线程完成任务或其他终止条件发生时,该线程就切换到终止状态。

  正常结束:run()或call()方法执行完成,线程正常结束。

  异常结束:线程抛出一个未捕获的Exception或Error。

  调用stop:直接调用该线程的stop()方法结束该线程(该方法容易导致死锁,不推荐使用)。

 为了确定线程在当前是否存活着(就是要么是可运行的,要么是被阻塞了),需要使用isAlive方法。如果是可运行或被阻塞,这个方法返回true;如果线程仍旧是new状态且不是可运行的,或线程死亡了,则返回false。

三、线程优先级

  每个线程都有一个优先级,方便操作系统确定线程的调度顺序。Java线程的优先级是一个整数,其取值范围是1(Thread.MIN_PRIORITY)-10(Thread.MAX_PRIORITY)。

  默认情况下,每一个线程都会分配一个优先级 NORM_PRIORITY(5)。具有较高优先级的线程在低优先级的线程之前分配处理器资源。但线程优先级不能保证线程执行的顺序,而且非常依赖于平台。

四、创建线程的方式

1)继承Thread类:Thread类本质上是实现了Runnable接口的一个实例。启动线程的方法就是通过Thread类的start()方法。他是一个native方法,它将启动一个新线程,并执行其中的run()方法。

1 public class MyThread extends Thread { 
2      public void run() { 
3  System.out.println("MyThread.run()"); 
4  } 
5 } 
6 MyThread myThread1 = new MyThread(); 
7 myThread1.start(); 

2)实现Runnable接口

 1 public class MyThread extends OtherClass implements Runnable { 
 2 public void run() { 
 3      System.out.println("MyThread.run()"); 
 4      } 
 5 } 
 6 //启动 MyThread,需要首先实例化一个 Thread,并传入自己的 MyThread 实例:
 7 MyThread myThread = new MyThread(); 
 8 Thread thread = new Thread(myThread); 
 9 thread.start(); 
10 target.run();    //当传入一个 Runnable target 参数给 Thread 后,Thread 的 run()方法就会调用
11 public void run() { 
12      if (target != null) { 
13          target.run(); 
14      } 
15 } 

3)通过Callable和Future创建线程

  i. 创建Callable接口的实现类,并实现call()方法,该call()方法将作为线程执行体,并且有返回值。

  ii. 创建Callable实现类的实例,使用FutureTask类包装Callable对象,该FutureTask对象封装了Callable对象的call()方法的返回值。

  iii. 使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建并启动新线程。

  iv. 调用FutureTask对象的get()方法来获得子线程执行结束后的返回值。

 1 //创建一个线程池
 2 ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);
 3 // 创建多个有返回值的任务
 4 List<Future> list = new ArrayList<Future>(); 
 5 for (int i = 0; i < taskSize; i++) { 
 6     Callable c = new MyCallable(i + " "); 
 7     // 执行任务并获取 Future 对象
 8     Future f = pool.submit(c); 
 9     list.add(f); 
10 } 
11 // 关闭线程池
12 pool.shutdown(); 
13 // 获取所有并发任务的运行结果
14 for (Future f : list) { 
15     // 从 Future 对象上获取任务的返回值,并输出到控制台
16     System.out.println("res:" + f.get().toString()); 
17 } 

4)基于线程池的方式

 1  ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);    // 创建线程池
 2  while(true) {
 3      threadPool.execute(new Runnable() { // 提交多个线程任务,并执行
 4          public void run() {
 5            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running ..");
 6            try {
 7                Thread.sleep(3000);
 8            } catch (InterruptedException e) {
 9                e.printStackTrace();
10            } 
11          }  
12      });  
13  }  

五、终止线程的方式

1.正常运行结束:程序运行结束,线程自动结束。

2.使用退出标志退出线程

  一般run()方法执行完,线程就会正常结束,然而,常常有些线程是伺服线程。它们需要长时间的运行,只有在外部某些条件满足的情况下,才能关闭这些线程。使用一个变量来控制循环,例如:最直接的方法就是设一个boolean类型的标志,并通过设置这个标志为true或false来控制while循环是否退出,代码示例:

1 public class ThreadSafe extends Thread {
2  public volatile boolean exit = false; 
3      public void run() { 
4          while (!exit){
5              //do something
6  }
7      } 
8 }

  定义了一个退出标志exit,当exit为true时,while循环退出,exit的默认值为false。在定义exit时,使用了一个Java关键字volatile,这个关键字的目的是使exit同步,也就是说在同一时刻只能由一个线程来修改exit值。

3.Interrupt方法结束线程

 使用interrupt()方法来中断线程有两种情况:

  1)线程处于阻塞状态:如使用了sleep,同步锁的wait、socket中的receiver、accept等方法时,会使线程处于阻塞状态。当调用线程的interrupt()方法时,会抛出InterruptException异常。阻塞中的那个方法抛出这个异常,通过代码捕获该异常,然后break跳出循环状态,从而让我们有机会结束这个线程的执行。通常很多人认为只要调用interrupt方法线程就会结束,实际上是错的,一定要先捕获InterruptedException异常之后通过break来跳出循环,才能正常结束run方法。

  2)线程未处于阻塞状态:使用isInterrupted()方法判断线程的中断标志来退出循环。当使用interrupt方法时,中断标志就会置true,和使用自定义的标志来控制循环是一样的道理。

 1  public class ThreadSafe extends Thread {
 2      public void run() { 
 3      while (!isInterrupted()){ //非阻塞过程中通过判断中断标志来退出
 4        try{
 5              Thread.sleep(5*1000);//阻塞过程捕获中断异常来退出
 6             }catch(InterruptedException e){
 7                 e.printStackTrace();
 8             break;//捕获到异常之后,执行 break 跳出循环
 9             }
10          }
11      } 
12   }

4.Stop方法终止线程(线程不安全)

  程序中可以直接使用thread.stop()来强行终止线程,但是stop方法很危险,就像突然关闭计算机电源,而不是按正常程序关机一样,可能会产生不可预料的结果,不安全主要是:

    thread.stop()调用后,创建子线程的线程就会抛出ThreadDeatherror的错误,并且会释放子线程所持有的所有锁。一般任何进行加锁的代码块,都是为了保护数据的一致性,如果在调用thread.stop()后导致了该线程所持有的所有锁被突然释放(不可控制),那么被保护数据就有可能呈现不一致性,其他线程在使用这些被破坏的数据时,有可能导致一些很奇怪的应用程序错误。因此,并不推荐使用stop方法来终止线程。

六、线程同步的方式

  临界区:通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码,速度快,适应控制数据访问。

  互斥量:采用互斥对象机制,只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限,因为互斥对象只有一个,所以可以保证公共资源不会同时被多个线程访问。

  信号量:它允许多个线程统一时刻访问同一资源,但是需要限制同一时刻访问此资源的最大线程数目。信号量对象对线程的同步方式与前面几种方法不同,信号允许多个线程同时使用共享资源,这与操作系统中PV操作相似。

  事件(信号):通过通知操作的方式来保持对线程的同步,还可以方便的实现多线程的优先级比较的操作。

七、进程同步与互斥的区别

  互斥:是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问,具有唯一性和排他性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序,即访问是无序的。

  同步:是指在互斥的基础上(大多数情况),通过其他机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下,同步已经实现了互斥,特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源。

  同步体现的是一种协作性,护持体现的是一种排他性。

八、Java后台线程

 守护线程(Daemon):也称服务线程,是后台线程。为用户线程提供公共服务,在没有用户线程可服务是会自动离开。

  1.优先级较低,用于为系统中的其他对象和线程提供服务。

  2.设置:通过setDaemon(true)来设置线程为“守护线程”。

  3.垃圾回收线程就是守护线程,它始终在低级别的状态运行,用于监视和管理系统中的可回收资源。

  4.生命周期:守护线程不依赖于终端但依赖于系统,与系统“同生共死”。

九、如何在两个线程之间共享数据?

  Java里面进行多线程痛心的主要方式就是共享内存的方式,共享内存主要的关注点有两个:可见性和有序性。Java内存模型(JMM)解决了可见性和有序性的问题,而锁解决了原子性的问题,理想情况下我们希望做到“同步”和“互斥”。有以下常规实现方法:

  1.将数据抽象成一个类,并将数据的操作作为这个类的方法,这么设计可以很容易做到同步,只要在方法上加“synchronized”

 1 public class MyData {
 2     private int j=0;
 3     public synchronized void add(){
 4         j++;
 5         System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"j 为:"+j);
 6     }
 7     public synchronized void dec(){
 8         j--;
 9         System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"j 为:"+j);
10     }
11     public int getData(){
12      return j;
13      }
14 }
15 public class AddRunnable implements Runnable{
16     MyData data;
17     public AddRunnable(MyData data){
18         this.data= data;
19     } 
20     public void run() {
21         data.add();
22     }
23 }
24 public class DecRunnable implements Runnable {
25     MyData data;
26     public DecRunnable(MyData data){
27         this.data = data;
28     }
29     public void run() {
30         data.dec();
31     }
32 }
33 public static void main(String[] args) {
34     MyData data = new MyData();
35     Runnable add = new AddRunnable(data);
36     Runnable dec = new DecRunnable(data);
37     for(int i=0;i<2;i++){
38         new Thread(add).start();
39         new Thread(dec).start();
40     }
41 }

 

  2.将Runnable对象作为一个类的内部类,共享数据作为这个类的成员变量,每个线程对共享数据的操作方法也封装在外部类,以便实现对数据的各个操作的同步和互斥,作为内部类的各个Runnable对象调用外部类的这些方法。

 1 public class MyData {
 2     private int j=0;
 3     public synchronized void add(){
 4         j++;
 5         System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"j 为:"+j);
 6     }
 7     public synchronized void dec(){
 8         j--;
 9         System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"j 为:"+j);
10     }
11     public int getData(){
12         return j;
13     }
14 }
15 public class TestThread {
16     public static void main(String[] args) {
17         final MyData data = new MyData();
18         for(int i=0;i<2;i++){
19             new Thread(new Runnable(){
20                 public void run() {
21                      data.add();
22                 }
23             }).start();
24             new Thread(new Runnable(){
25                 public void run() {
26                     data.dec(); 
27                 }
28             }).start();
29         }
30     } 
31 }

十、多线程中的常见问题?

1. run()方法和start()方法之间的区别?

  只有调用了start方法,才会表现出多线程的特性,不同线程的run方法里面的代码交替执行。如果只是调用run方法,那么代码还是同步执行的,必须等待一个线程的run方法里面的代码全部执行完毕之后,另外一个线程才可以执行其run方法里面的代码。

  i. start()方法来启动线程,真正实现了多线程运行。这时无需等待run方法体代码执行完毕,可以直接继续执行下面的代码。

  ii. 通过调用Thread类的start方法来启动一个线程,这时此线程是处于就绪状态,并没有运行。

  iii. 方法run称为线程体,它包含了要执行的这个线程的内容,线程就进入了运行状态,开始运行run函数中的代码。run方法运行结束,此线程终止,然后CPU再调度其他线程。

2. Runnable接口和Callable接口的区别?

  Runnable接口中的run()方法的返回值为void,它做的事情只是纯粹地去执行run()方法中的代码而已。Callable接口中的call()方法是有返回值的,是一个泛型,和Future、FutureTask配合可以用来获取异步执行的结果。

  Callable+Future/FutureTask可以获取多线程运行的结果,可以在等待时间太长没获取需要的数据的情况下取消该线程的任务。

3. Sleep()方法和Wait()方法的区别?

  sleep方法和wait方法都可以用来放弃CPU一定的时间,不同点在于如果线程持有某个对象的监视器(监视对象同步),sleep方法不会放弃这个对象的监视器, wait方法会放弃这个对象的监视器,并且wait只能在同步中使用。

  sleep方法属于Thread类,sleep方法导致了程序暂停执行指定的时间,让出CPU给其他线程,但是它的监控状态依然保持着,当指定的时间到了又会自动恢复运行状态。在调用sleep方法过程中,线程不会释放对象锁。

  wait方法属于Object来,当调用方法时,线程会放弃对象锁,进入等待此对象的等待锁定池,只有针对对象调用notify方法后本线程才进入对象锁定池,准备获取对象锁进入运行状态。

4.线程让步(yield)

  yield会使当前线程让出CPU执行时间片,与其他线程一起重新竞争CPU时间片。一般情况下,优先级高的线程有更大的可能性成功竞争得到CPU时间片,但这又不是绝对的,有的操作系统对线程优先级并不敏感。

5. join 等待其他线程终止

  join方法,等待其他线程终止,在当前线程中调用一个线程的join方法,则当前线程转为阻塞状态,当另一个线程结束,当前线程再由阻塞状态变为就绪状态,等待CPU。

  为什么要用join方法?

    很多情况下,主线程生成并启动子线程,需要用到子线程返回结果,也就是主线程需要在子线程结束后再结束,这时就要用到join方法。

1 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程运行开始!");
2      Thread6 thread1 = new Thread6();
3         thread1.setName("线程 B");
4      thread1.join();
5 System.out.println("这时 thread1 执行完毕之后才能执行主线程");

原文链接:https://www.cnblogs.com/HuiH/p/11844317.html
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