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Java并发基础

JAVA 进程基础并发状态线程执行

2023-03-02 11:23:28 时间

**进程**：一个内存中运行的应用程序，一个进程有自己独立的内存空间，一个进程可以有多个线程。  
**线程**：一个进程中的执行任务（控制单元），负责当前进程中程序的执行，一个进程至少有一个线程，一个进程可以运行多个线程，多个线程共享数据。

# 多线程基础 #

## 线程和进程的区别 ##

线程具有许多传统进程所具有的特征，所以又称为轻型进程或者进程元；而把传统的进程称为重型进程，它相当于只有一个线程的任务。在引入了线程的操作系统中，通常一个进程有若干个线程，至少包含一个线程。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th></th> 
   <th>进程</th> 
   <th>线程</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><strong>根本区别</strong></td> 
   <td>进程是操作系统资源分配的基本单位</td> 
   <td>线程是处理器任务调度和执行的基本单位</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>资源开销</strong></td> 
   <td>每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间的切换会有较大的开销</td> 
   <td>线程可以看作轻量级进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器，线程之间切换的开销小。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>包含关系</strong></td> 
   <td>如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的。</td> 
   <td>线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻量级进程。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>内存分配</strong></td> 
   <td>进程之间的地址空间和资源是相互独立的。</td> 
   <td>同一进程的线程共享本进程的地址空间和资源。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>影响关系</strong></td> 
   <td>一个进程崩溃之后，在保护模式下不会对其他进程产生影响。</td> 
   <td>一个线程崩溃整个进程都会死掉，所以多进程要比多线程健壮。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>执行过程</strong></td> 
   <td>每个独立的进程都有程序运行的入口，顺序执行序列和程序出口。</td> 
   <td>线程不能独立运行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制，两者均可并发执行。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 创建线程的三种方式对比 ##

### 采用Runnable.Callable接口创建多线程 ###

**优势**：线程类只是实现了Runnable接口或者Callable接口，还可以继承其他类。在这种情况下，多个线程可以共享同一个target对象，所以非常适合多个相同线程来处理同一份资源的情况，从而可以将CPU、代码和数据分开，形成清晰的模型，较好的体现了面向对象的思想。  
**劣势**：编程较复杂，如果要访问当前线程，必须使用Thread.currentThread( )方法。

### 使用Thread类的方式创建多线程 ###

**优势**：编写简单，如果要访问当前线程，不需使用Thread.currentThread( )方法，直接使用this即可获得当前线程。  
**劣势**：线程类已经继承了Thread类，所以不能在继承其他父类。

### Runnable和Callable的区别 ###

*  Callable规定重写的方法是call( )，Runnable规定重写的方法是run( )。
 *  Callable的任务执行后可返回值，而Runnable的任务不能有返回值。
 *  Call方法可以抛出异常，run方法不可以。
 *  运行Callable任务可以拿到一个Future对象，表示异步计算的结果，它提供了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并检索计算的结果，通过Future对象可以了解任务执行情况，可以取消任务的执行，还可获得执行结果。

## 为什么要使用多线程？ ##

*  从计算机底层来说，线程可以比作是轻量级的进程，是程序执行的最小单位，线程间的切换和调度的成本远远小于进程。另外，多核CPU时代意味着多个线程可以同时运行，这减少了线程上下文切换的开销。
 *  从当代互联网发展趋势来说：现在的系统动不动就要求百万级甚至千万级的并发量，而多线程并发编程正是开发高并发系统的基础。利用好多线程机制可以大大提高系统整体的并发能力以及性能。
 *  从计算机底层再说，在单核时代多线程主要是为了提高CPU和IO设备的综合利用率；多核时代多线程主要为了提高CPU利用率。

## 线程的状态 ##

线程的生命周期及五种基本状态：

1.  新疆状态（new）：当线程对象创建后，即进入到了新建状态。如：Thread t = new Thread( )；
2.  就绪状态（Runnable）：当调用线程对象的start( )方法，线程即进入到了就绪状态，处于就绪状态的线程，只是说明此线程已经做好准备，随时等待CPU调度执行，并不是说执行了t.start( )此线程立即会执行。
3.  运行状态（Running）：当CPU开始调度处于就绪状态的线程时，此时线程才得以真正执行，即进入到运行状态。注意：就绪状态是进入到运行状态的唯一入口，也就是说，线程要先进入到运行状态执行，首先必须处于就绪状态。
4.  阻塞状态（Blocked）：处于运行状态中的线程由于某种原因，暂时放弃对CPU的使用权，停止执行，此时进入阻塞状态，直到其进入就绪状态，才有机会再次被CPU调用以进入到运行状态。根据阻塞产生的原因不同，阻塞状态分为三种：
    
    1.  等待阻塞：运行状态中的线程执行wait( )方法，使本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（因为锁被其他资源占用），它会进入同步阻塞状态；
    3.  其他阻塞：通过调用线程的sleep( )或join( )或发出I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep( )状态超时，join( )等待线程终止或者超时，或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。
5.  死亡状态（Dead）：线程执行完了或因为异常退出了run( )方法，该线程结束生命周期

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