多线程

围巾🧣 2021年02月25日 636次浏览

基础概念

CPU核心数和线程数的关系

核心数、线程数:目前主流CPU有双核、三核和四核,六核。增加核心数目就是为了增加线程数,因为操作系统是通过线程来执行任务的,一般情况下它们是1:1对应关系,也就是说四核CPU一般拥有四个线程。但 Intel引入超线程技术后,使核心数与线程数形成1:2的关系

CPU时间片轮转机制

又称RR调度,每个进程被分配一个时间段,称作它的时间片,即该进程允许运行的时间。

如果在时间片结束时进程还在运行,则CPU将被剥夺并分配给另一个进程。如果进程在时间片结束前阻塞或结束,则CPU当即进行切换。调度程序所要做的就是维护一张就绪进程列表,当进程用完它的时间片后,它被移到队列的末尾。

从一个进程切换到另一个进程是需要定时间的,包括保存和装入寄存器值及内存映像,更新各种表格和队列等。假如进程切( processwitch),有时称为上下文切换( context switch)。

什么是进程和线程

进程是程序运行资源分配的最小单位

进程是操作系统进行资源分配的最小单位,其中资源包括:CPU、内存空间、磁盘IO等,同一进程中的多条线程共享该进程中的全部系统资源,而进程和进程之间是相互独立的。进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

进程是程序在计算机上的一次执行活动,应用程序的副本。当你运行一个程序,你就启动了一个进程。显然,程序是死的、静态的,进程是活的、动态的。进程可以分为系统进程和用户进程。凡是用于完成操作系统的各种功能的进程就是系统进程,它们就是处于运行状态下的操作系统本身,用户进程就是所有由你启动的进程。

线程是CPU调度的最小单位,必须依赖于进程而存在

线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的、能独立运行的基本单位。线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。

线程无处不在

任何一个程序都必须要创建线程,特别是Java不管任何程序都必须启动一个main函数的主线程; Java Web开发里面的定时任务、定时器、JSP和 Servlet、异步消息处理机制,远程访问接口RM等,任何一个监听事件, onclick的触发事件等都离不开线程和并发的知识。

并行和并发

并发:指应用能够交替执行不同的任务,比如单CPU核心下执行多线程并非是同时执行多个任务,如果你开两个线程执行,就是在你几乎不可能察觉到的速度不断去切换这两个任务,已达到"同时执行效果",其实并不是的,只是计算机的速度太快,我们无法察觉到而已.

并行:指应用能够同时执行不同的任务

两者区别:一个是交替执行,一个是同时执行

高并发编程的意义、好处和注意事项

好处

  1. 充分利用CPU的资源
  2. 加快响应用户的时间
  3. 可以使代码模块化,异步化,简单化

注意事项

  1. 线程之间的安全性,线程同步
  2. 线程之间的死循环,死锁
  3. 线程太多会将服务器资源耗尽形成死机宕机

认识Java里的线程

Java里的程序天生就是多线程的

一个Java程序从main()方法开始执行,然后按照既定的代码逻辑执行,看似没有其他线程参与,但实际上Java程序天生就是多线程程序,因为执行main()方法的是一个名称为main的线程,同时还有其它线程在跑。

[6] Monitor Ctrl-Break //监控Ctrl-Break中断信号的

[5] Attach Listener //内存dump,线程dump,类信息统计,获取系统属性等

[4] Signal Dispatcher // 分发处理发送给JVM信号的线程

[3] Finalizer // 调用对象finalize方法的线程

[2] Reference Handler//清除Reference的线程

[1] main //main线程,用户程序入口

线程的启动与中止

启动

  1. X extends Thread; 然后X.start()
  2. X implements Runnable;然后交给Thread运行
  3. X implements Callable;然后封装到FutureTask,再交给Thread运行

第1、2方式都有一个缺陷就是:在执行完任务之后无法获取执行结果。从Java 1.5开始,就提供了Callable和Future,通过它们可以在任务执行完毕之后得到任务执行结果。

Callable、Future和FutureTask

Runnable是一个接口,在它里面只声明了一个run()方法,由于run()方法返回值为void类型,所以在执行完任务之后无法返回任何结果。

Callable位于java.util.concurrent包下,它也是一个接口,在它里面也只声明了一个方法,只不过这个方法叫做call(),这是一个泛型接口,call()函数返回的类型就是传递进来的V类型。

Future就是对于具体的Runnable或者Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果。必要时可以通过get方法获取执行结果,该方法会阻塞直到任务返回结果。

image.png

因为Future只是一个接口,所以是无法直接用来创建对象使用的,因此就有了下面的FutureTask。

image.png

image.png

FutureTask类实现了RunnableFuture接口,RunnableFuture继承了Runnable接口和Future接口,而FutureTask实现了RunnableFuture接口。所以它既可以作为Runnable被线程执行,又可以作为Future得到Callable的返回值。

image.png

中止

线程自然终止:要么是run执行完成了,要么是抛出了一个未处理的异常导致线程提前结束。

手动中止

暂停、恢复和停止操作对应在线程Thread的API就是suspend()、resume()和stop()。但是这些API是过期的,也就是不建议使用的。不建议使用的原因主要有:以suspend()方法为例,在调用后,线程不会释放已经占有的资源(比如锁),而是占有着资源进入睡眠状态,这样容易引发死锁问题。同样,stop()方法在终结一个线程时不会保证线程的资源正常释放,通常是没有给予线程完成资源释放工作的机会,因此会导致程序可能工作在不确定状态下。正因为suspend()、resume()和stop()方法带来的副作用,这些方法才被标注为不建议使用的过期方法。

安全的中止则是其他线程通过调用某个线程A的 interrupt() 方法对其进行中断操作, 中断好比其他线程对该线程打了个招呼,“A,你要中断了”,不代表线程A会立即停止自己的工作,同样的A线程完全可以不理会这种中断请求。因为java里的线程是协作式的,不是抢占式的。线程通过检查自身的中断标志位是否被置为true来进行响应,线程通过方法isInterrupted() 来进行判断是否被中断,也可以调用静态方法 Thread.interrupted() 来进行判断当前线程是否被中断,不过Thread.interrupted()会同时将中断标识位改写为false。

不建议自定义一个取消标志位来中止线程的运行。 因为run方法里有阻塞调用时会无法很快检测到取消标志,线程必须从阻塞调用返回后,才会检查这个取消标志。这种情况下,使用中断会更好,因为,一、一般的阻塞方法,如sleep等本身就支持中断的检查,二、检查中断位的状态和检查取消标志位没什么区别,用中断位的状态还可以避免声明取消标志位,减少资源的消耗。

注意:处于死锁状态的线程无法被中断

对Java里的线程再多一点点认识

深入理解run()和start()

Thread类是Java里对线程概念的抽象,可以这样理解:我们通过new Thread()其实只是new出一个Thread的实例,还没有操作系统中真正的线程挂起钩来。只有执行了start()方法后,才实现了真正意义上的启动线程。

start()方法让一个线程进入就绪队列等待分配cpu,分到cpu后才调用实现的run()方法,start()方法不能重复调用。

而run方法是业务逻辑实现的地方,本质上和任意一个类的任意一个成员方法并没有任何区别,可以重复执行,可以被单独调用。

其他的线程方法

yield()方法:使当前线程让出CPU占有权,但让出的时间是不可设定的。也不会释放锁资源,所有执行yield()的线程有可能在进入到可执行状态后马上又被执行。

join()方法:把指定的线程加入到当前线程,可以将两个交替执行的线程合并为顺序执行的线程。比如在线程B中调用了线程A的Join()方法,直到线程A执行完毕后,才会继续执行线程B。