线程和进程（juc）

线程

一：概念辨析

1：线程与进程

进程：

1：程序由指令和数据组成，指令要执行，数据要读写，就需要将指令加载给cpu，把数据加载到内存，同时程序运行时还会使用磁盘，网络等资源。进程就是负责管理内存，加载指令，管理io的；

2：当一个程序运行时就会将程序的相关代码加载到内存中，这就开启了一个进程；

3：一个程序的实例就是进程，有的程序可以有多个实例进程，有的程序只能有一个实例进程；

线程：

1：一个进程内会有一个或多个线程

2：一个线程就是一个指令流，将指令一条条按照顺序加载给cpu执行；

3：在java中，线程是最小调度单位，进程是最小资源管理单位。在windows中进程是不活动的只是作为线程的容器；

线程和进程对比：

1：进程是相对独立的，线程存在于进程，是进程的一个子集；

2：进程有共享的资源，如共享的内存；

3：进程间的通信，分为同一个计算机和不同计算机：

同一个计算机进行通信较为简单，称为ipc；

不同计算机的进程进行通信需要借助于网络，并且遵守相同的协议如http；

4：线程间通信较为简单，因为他们共享进程的资源；

5：线程更轻量，线程切换上下文比进程切换上下文的成本更低；

2：并发和并行的概念：

并发：在单核cpu下线程实际上是串行执行的，操作系统中有个组件叫任务调度器，它会将cpu的时间片轮流交给不同的线程使用，由于时间片很短，cpu在不同的线程进行切换人类感知不到，所以就会感觉是同时运行的。总结一下就是：微观串行，宏观并行；

像这种，线程轮流使用cpu的情况就叫做并发;

而在多核cpu下，每个核都可以调度线程，这个时候就是并行的；

使用golang的创作者的一句话就是：并发：是同时应对多件事的能力；（deal with）

​ 并行：是同时做多件事的能力；（do）

二：应用

1：异步调用：

同步调用：需要等待结果返回才能执行下面的代码；

异步调用：无需等待结果的返回就能执行下面的代码；

2：提升效率：

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

注意单核cpu使用多线程与单核cpu使用单线程的性能差距不是很大；

多核cpu和单核cpu执行的性能有很大差别；

三：创建

1：使用thread的内部类

public static void main(String[] args) {
    Thread t=new Thread(){
        @Override
        public void run() {
            log.debug("new thread");
        }
    };
    t.setName("t1");
    t.start();
    log.debug("main");
}

t.setName(“t1”);来给线程命名。run方法指定要执行的任务，start启动线程；

2：使用runnable配合thread

将线程和任务分开：runnable来定义任务，thread创建线程：

public static void main(String[] args) {
   Runnable runnable= new Runnable(){
        @Override
        public void run() {
            log.debug("running");
        }
    };
    Thread thread = new Thread(runnable);
    thread.setName("t1");
    thread.start();
    log.debug("running");
}

java8之后可以使用lamda表达式来简化语句：

public static void main(String[] args) {
  /* Runnable runnable= new Runnable(){
        @Override
        public void run() {
            log.debug("running");
        }
    };*/
    Runnable runnable =() ->log.debug("running");
    Thread thread = new Thread(runnable);
    thread.setName("t1");
    thread.start();
    log.debug("running");
}

或者：

public static void main(String[] args) {
  /* Runnable runnable= new Runnable(){
        @Override
        public void run() {
            log.debug("running");
        }
    };*/
 /*   Runnable runnable =() ->log.debug("running");*/
    Thread thread = new Thread(()->log.debug("running"),"t1");
    /*thread.setName("t1");*/
    thread.start();
    log.debug("running");
}

3：使用futureTask配合thread

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    FutureTask<Integer> integerFutureTask = new FutureTask<Integer>(new Callable<Integer>() {
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            log.debug("running");
            return 100;
        }
    });
    Thread thread=new Thread(integerFutureTask,"t1");
    thread.start();
    log.debug("{}",integerFutureTask.get());

}

futuretask继承了runnable接口，futuretask能够接收callable参数；

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调用get方法时会阻塞等待，等待线程执行完毕然后返回结果；

四:查看

1：windows

window查看进程：

  • 使用任务管理器查看
  • 命令行：tasklist：查看所有进程
  • 杀死进程：taskkill

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2：linux

linux查看进程：

  • ps命令，结合管道运算符。
  • top命令动态的查看进程；

杀死进程：

  • kill 【进程id】

查看线程：

  • top -H -p 【进程id】

-H表示查看线程，-p指定进程id；

3：java

  • 查看进程：jps
  • 查看线程：jstack 【进程id】

五：原理

上下文切换

  • 什么是线程的上下文切换：

    当cpu暂停执行当前线程，开始执行下一个线程的时候会产生上下文切换；

  • 什么情况下会导致上下文切换

    1：cpu的时间片用完

    2：垃圾回收

    3：优先级更高的线程执行；

    4：主动调用一些方法如sleep，yield，join，wait，lock等

    当上下文切换时就需要保存当前线程的状态，并且恢复另一个线程的状态。jvm有一个组件叫程序计数器，它的作用是来记录下一条指令的执行地址，程序计数器是线程私有的；

    保存线程的状态不止程序计数器，还需要保存虚拟机栈中的栈帧信息；

    频繁的上下文切换会影响性能；

六：常见方法

1：start和run方法

start：

public static void main(String[] args) {
    new Thread(()->log.debug("start"),"t1").start();
}

结果：

16:20:03.992 [t1] DEBUG org.example.Field.test1 - start

run：

public static void main(String[] args) {
    new Thread(()->log.debug("run"),"t1").run();
}

结果：

16:22:07.587 [main] DEBUG org.example.Field.test1 - run

可以看到run没有创建一个新的线程，没法达到异步调用的效果；start可以；

start不能调用多次，不然会报错。

2：sleep

1：状态：
public static void main(String[] args) {
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }, "t1");
    t1.start();
    log.debug("state:{}",t1.getState());
    try {
        Thread.sleep(500);
    } catch (InterruptedException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
    log.debug("state:{}",t1.getState());
}

输出：

16:32:08.998 [main] DEBUG org.example.Field.test2 - state:RUNNABLE
16:32:09.512 [main] DEBUG org.example.Field.test2 - state:TIMED_WAITING

可以看到，调用sleep方法之后线程会进入time-waiting状态；

那个线程里调用sleep，那个线程就休眠

2：打断

调用interrupt方法可以打断休眠的线程，但是会抛出异常：

public static void main(String[] args) {
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }, "t1");
    t1.start();
    log.debug("state:{}",t1.getState());
    try {
        Thread.sleep(500);
    } catch (InterruptedException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
    t1.interrupt();
    log.debug("state:{}",t1.getState());
}

结果：

16:36:26.912 [main] DEBUG org.example.Field.test2 - state:RUNNABLE
16:36:27.416 [main] DEBUG org.example.Field.test2 - state:TIMED_WAITING
Exception in thread "t1" java.lang.RuntimeException: java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
	at org.example.Field.test2.lambda$main$0(test2.java:18)
	at java.base/java.lang.Thread.run(Thread.java:834)
Caused by: java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
	at java.base/java.lang.Thread.sleep(Native Method)
	at org.example.Field.test2.lambda$main$0(test2.java:16)
	... 1 more
3:yield和sleep的区别

调用yield后线程的状态会从running状态转变为runnable就绪状态状态，然后去调用其他线程；具体的实现依赖于操作系统的任务调度器

和sleep的区别是，调用sleep进入time-wait状态不会被cpu调用，而调用yield进入就绪状态还是有可能被cpu调用的；

3：线程优先级

  • 线程的优先级会提示调度器优先执行该线程，但是只是一个提示，调度器可以忽略；
  • 当cpu较忙时会给优先级高的线程分配较长的时间片，cpu较闲时，优先级几乎没有作用；

4：join

join：等待线程运行结束；

join（时间）：设置最大等待时间，如果超过最大等待时间则不再等待，如果没超过就执行完毕直接返回；

5：interrupt

打断线程

1：打断阻塞：

打断sleep，wait，join的线程；

打断后会抛出异常；

然后打断标记会变成true；

2：打断正常：

打断正常的线程不会使线程停止运行，只会将打断标记变为true；

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread thread = new Thread(() -> {
        while (true) {

        }
    }, "t1");
    thread.start();
    Thread.sleep(1000);
    log.debug("interrupt");
    thread.interrupt();
    log.debug("is,{}",thread.isInterrupted());
}

18:43:44.479 [main] DEBUG org.example.Field.test3 - interrupt
18:43:44.481 [main] DEBUG org.example.Field.test3 - is,true

但是会一直执行；

可以进行判断然后打断线程：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread thread = new Thread(() -> {
        while (true) {
            Thread thread1 = Thread.currentThread();
            if (thread1.isInterrupted()) {
                log.debug("被打断了");
                break;
            }
        }
    }, "t1");
    thread.start();
    Thread.sleep(1000);
    log.debug("interrupt");
    thread.interrupt();
    log.debug("is,{}",thread.isInterrupted());

18:48:49.671 [main] DEBUG org.example.Field.test3 - interrupt
18:48:49.672 [t1] DEBUG org.example.Field.test3 - 被打断了
18:48:49.672 [main] DEBUG org.example.Field.test3 - is,true
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