Java多线程技术

Java多线程技术（一）

线程概述

几乎所有的操作系统都支持同时运行多个任务，一个任务通常就是一个程序，每个运行中的程序也就是一个进程。当一个程序运行时，内部可能包含了多个顺序执行流，每个顺序执行流就是一个线程。

线程和进程

• [ ] 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。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：进程包含如下三个特征。

• 独立性：进程是系统中独立存在的实体，他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与，程序只是一个静态饿指令集合，而进程是一个正在操作系统中活动的指令集合，在进程中加入了时间的概念。进程拥有自己的生命周期和各种不同的状态，这些概念在程序中都是不具备的。

• 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。

注意：

并发性和并行性是两个概念，并行是指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行，并发指在同一时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果。大部分操作系统都支持多进程并发执行，现代的操作系统几乎都支持同时运行多个任务。例如我们一般在看电影，一般在聊天...除此之外，每台电脑运行时还有大量底层的支撑性程序在运行...这些进程看上去像在同时工作。但是事实的真相是，对于一个cpu而言，他在某个时间点只能执行一个程序，也就是说，只能运行一个进程,CPU不断的在这些进程之间轮换的执行。那么为何用户感觉不到中断现象呢？这是因为CPU的执行速度相对于人的感觉来说实在是太快了（如果启动的程序过多，用户仍然可以感觉到程序的运行速度下降），所以CPU在多个进程之间轮换执行，但是用户感觉到好像有多个进程在同时执行。

现代的操作系统都支持多进程的并发，但在具体的实现细节上可能因为硬件和操作系统的不同而采用不同的策略。比较常用的方式有：共用式的多任务操作策略，例如Windows3.1和Mac OS9.目前的操作系统大多采用效率更高的抢占式多任务操作策略，例如WindowsNT、Windows2000、和UNIX/Linux等操作系统。

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多线程则扩展了多进程的概念，使得同一个进程可以并发处理多个任务，线程（Thread）也被称做轻量级进程，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，线程是在程序中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，线程拥有自己的堆
  栈、自己的程序计数器、自己的局部变量，但是不拥有系统资源，他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的全部资源。编程很方便，但是要小心，要确保线程不会妨
  碍同一进程里的其他线程。
  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机部分环境。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，他并不知道进程中是否还有其他线程存在。线程的执行时抢占式的，也就是说当前正在执行的线程在任何时候都有可能被挂起，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，同一个进程的多个线程之间可以并发执行。
• 从逻辑的角度来看。多线程存在于一个应用程序中，让一个应用程序可以有多个执行部分同时执行。但操作系统无需将多个线程看做多个独立的应用。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。

- 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，但是至少要包含一个线程。

• [ 总结] 归纳起来可以这样说：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。

多线程的优势

• [x] 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，他们共享内存文件、文件句柄和其他每个进程应有的状态。
• [x] 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，进程在执行的过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大提高了程序的运行效率。
• [x] 线程相比于进程拥有更高的性能，这是由于同一进程中线程都有共性——多个线程共享同一进程虚拟空间，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。

• [x] 当操作系统创建一个进程时，必须为该进程分配一个独立的内存空间，并分配大量的相关资源，但是创建一个线程则简单的多。因此使用多线程来实现并发比使用多进程实现并发性能上要高得多。

  [ 总结] 总结起来：使用多线程编程具有如下优点：

• 进程之间不能共享内存，但是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，但是创建线程代价要小得多，因此使用多线程实现多任务并发比多进程效率高。
• java语言内置了多线程支持，而不是单纯的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。
• 在实际的应用中，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…总之，多线程在实际编程中的应用是非常广泛的。