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1.1什么是进程 每个应⽤程序运⾏于现代操作系统之上时#xff0c;操作系统会提供⼀种抽象#xff0c;好像系统上只有这个程序在运 ⾏#xff0c;所有的硬件资源都被这个程序在使⽤。这种假象是通过抽象了⼀个进程的概念来完成的#xff0c;进程可 以说是计算机科学…1.进程
1.1什么是进程 每个应⽤程序运⾏于现代操作系统之上时操作系统会提供⼀种抽象好像系统上只有这个程序在运 ⾏所有的硬件资源都被这个程序在使⽤。这种假象是通过抽象了⼀个进程的概念来完成的进程可 以说是计算机科学中最重要和最成功的概念之⼀。 进程是操作系统对⼀个正在运⾏的程序的⼀种抽象换⾔之可以把进程看做程序的⼀次运⾏过程 同时在操作系统内部进程⼜是操作系统进⾏资源分配的基本单位。 1.2进程控制块抽象(PCB Process Control Block) 计算机内部要管理任何现实事物都需要将其抽象成⼀组有关联的、互为⼀体的数据。在 Java 语⾔ 中我们可以通过类/对象来描述这⼀特征。 // 以下代码是 Java 代码的伪码形式重在说明⽆法直接运⾏
class PCB {// 进程的唯⼀标识 —— pid;// 进程关联的程序信息例如哪个程序加载到内存中的区域等// 分配给该资源使⽤的各个资源// 进度调度信息留待下⾯讲解} 这样每⼀个 PCB 对象就代表着⼀个实实在在运⾏着的程序也就是进程。 操作系统再通过这种数据结构例如线性表、搜索树等将 PCB 对象组织起来⽅便管理时进⾏增删查 改的操作。 1.3CPU 分配⸺进程调度Process Scheduling 为了便于讨论和理解我们⼤部分的场景下假设是单CPU单核的计算机。 操作系统对CPU资源的分配采⽤的是时间模式⸺不同的进程在不同的时间段去使⽤ CPU 资源。 1.4内存分配⸺内存管理Memory Manage 操作系统对内存资源的分配采⽤的是空间模式⸺不同进程使⽤内存中的不同区域互相之间不会⼲扰。 1.5进程间通信(Inter Process Communication) 如上所述进程是操作系统进⾏资源分配的最⼩单位这意味着各个进程互相之间是⽆法感受到对⽅存在的这就是操作系统抽象出进程这⼀概念的初衷这样便带来了进程之间互相具备”隔离性 Isolation“。 但现代的应⽤要完成⼀个复杂的业务需求往往⽆法通过⼀个进程独⽴完成总是需要进程和进程 进⾏配合地达到应⽤的⽬的如此进程之间就需要有进⾏“信息交换“的需求。进程间通信的需求 就应运⽽⽣。 ⽬前主流操作系统提供的进程通信机制有如下 1. 管道 2. 共享内存 3. ⽂件 4. ⽹络 5. 信号量 6. 信号 其中⽹络是⼀种相对特殊的 IPC 机制它除了⽀持同主机两个进程间通信还⽀持同⼀⽹络内部⾮同⼀主机上的进程间进⾏通信。 2.认识线程Thread 2.1概念 1线程是什么 ⼀个线程就是⼀个 执⾏流. 每个线程之间都可以按照顺序执⾏⾃⼰的代码. 多个线程之间 同时 执⾏着多份代码. ⼀家公司要去银⾏办理业务既要进⾏财务转账⼜要进⾏福利发放还得进⾏缴社保。 如果只有张三⼀个会计就会忙不过来耗费的时间特别⻓。为了让业务更快的办理好张三⼜找来两 位同事李四、王五⼀起来帮助他三个⼈分别负责⼀个事情分别申请⼀个号码进⾏排队⾃此就有了三个执⾏流共同完成任务但本质上他们都是为了办理⼀家公司的业务。 此时我们就把这种情况称为多线程将⼀个⼤任务分解成不同⼩任务交给不同执⾏流就分别排队执⾏。其中李四、王五都是张三叫来的所以张三⼀般被称为主线程Main Thread。 2为啥要有线程
⾸先, 并发编程 成为 刚需.
• 单核 CPU 的发展遇到了瓶颈. 要想提⾼算⼒, 就需要多核 CPU. ⽽并发编程能更充分利⽤多核 CPU资源. • 有些任务场景需要 等待 IO, 为了让等待 IO 的时间能够去做⼀些其他的⼯作, 也需要⽤到并发程. 其次, 虽然多进程也能实现 并发编程, 但是线程⽐进程更轻量. • 创建线程⽐创建进程更快. • 销毁线程⽐销毁进程更快. • 调度线程⽐调度进程更快. 最后, 线程虽然⽐进程轻量, 但是⼈们还不满⾜, 于是⼜有了 线程池(ThreadPool) 和 协程 (Coroutine) (3)进程与线程的区别 • 进程是包含线程的. 每个进程⾄少有⼀个线程存在即主线程。 • 进程和进程之间不共享内存空间. 同⼀个进程的线程之间共享同⼀个内存空间. ⽐如每个客⼾来银⾏办理各⾃的业务但他们之间的票据肯定是不想让别⼈知道的否则钱不就被其他⼈取⾛了么。⽽上⾯我们的公司业务中张三、李四、王五虽然是不同的执⾏流但因为办理的都是⼀家公司的业务所以票据是共享着的。这个就是多线程和多进程的最⼤区别。 • 进程是系统分配资源的最⼩单位线程是系统调度的最⼩单位。 • ⼀个进程挂了⼀般不会影响到其他进程. 但是⼀个线程挂了, 可能把同进程内的其他线程⼀起带⾛(整个进程崩溃). 4 Java 的线程 和 操作系统线程 的关系 线程是操作系统中的概念. 操作系统内核实现了线程这样的机制, 并且对⽤⼾层提供了⼀些 API 供⽤⼾使⽤(例如 Linux 的 pthread 库). Java 标准库中 Thread 类可以视为是对操作系统提供的 API 进⾏了进⼀步的抽象和封装. 2.2 第⼀个多线程程序 感受多线程程序和普通程序的区别: • 每个线程都是⼀个独⽴的执⾏流 • 多个线程之间是 并发 执⾏的. import java.util.Random;public class ThreadDemo {private static class MyThread extends Thread {Overridepublic void run() {Random random new Random();while (true) {// 打印线程名称System.out.println(Thread.currentThread().getName());try {// 随机停⽌运⾏ 0-9 秒Thread.sleep(random.nextInt(10));} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}public static void main(String[] args) {MyThread t1 new MyThread();t1.start();Random random new Random();while (true) {// 打印线程名称System.out.println(Thread.currentThread().getName());try {Thread.sleep(random.nextInt(10));} catch (InterruptedException e) {// 随机停⽌运⾏ 0-9 秒e.printStackTrace();}}}} 使⽤ jconsole 命令观察线程 2.3 创建线程
⽅法1 继承 Thread 类 继承 Thread 来创建⼀个线程类. class MyThread extends Thread {Overridepublic void run() {System.out.println(这⾥是线程运⾏的代码);}
} 创建 MyThread 类的实例 MyThread t new MyThread(); 调⽤ start ⽅法启动线程 t.start(); // 线程开始运⾏ ⽅法2 实现 Runnable 接⼝ 1. 实现 Runnable 接⼝ class MyRunnable implements Runnable {Overridepublic void run() {System.out.println(这⾥是线程运⾏的代码);}
} 2. 创建 Thread 类实例, 调⽤ Thread 的构造⽅法时将 Runnable 对象作为 target 参数. Thread t new Thread(new MyRunnable());
3. 调⽤ start ⽅法
t.start(); // 线程开始运⾏ 对⽐上⾯两种⽅法: • 继承 Thread 类, 直接使⽤ this 就表⽰当前线程对象的引⽤. • 实现 Runnable 接⼝, this 表⽰的是 MyRunnable 的引⽤. 需要使⽤Thread.currentThread() 其他变形 • 匿名内部类创建 Thread ⼦类对象 // 使⽤匿名类创建 Thread ⼦类对象
Thread t1 new Thread() {Overridepublic void run() {System.out.println(使⽤匿名类创建 Thread ⼦类对象);}
}; • 匿名内部类创建 Runnable ⼦类对象 // 使⽤匿名类创建 Runnable ⼦类对象
Thread t2 new Thread(new Runnable() {Overridepublic void run() {System.out.println(使⽤匿名类创建 Runnable ⼦类对象);}
}); • lambda 表达式创建 Runnable ⼦类对象 // 使⽤ lambda 表达式创建 Runnable ⼦类对象
Thread t3 new Thread(() - System.out.println(使⽤匿名类创建 Thread ⼦类对象));
Thread t4 new Thread(() - {System.out.println(使⽤匿名类创建 Thread ⼦类对象);
}); 2.4 多线程的优势-增加运⾏速度 可以观察多线程在⼀些场合下是可以提⾼程序的整体运⾏效率的。 • 使⽤ System.nanoTime() 可以记录当前系统的 纳秒 级时间戳. • serial 串⾏的完成⼀系列运算. concurrency 使⽤两个线程并⾏的完成同样的运算. public class ThreadAdvantage {// 多线程并不⼀定就能提⾼速度可以观察count 不同实际的运⾏效果也是不同的private static final long count 10_0000_0000;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 使⽤并发⽅式concurrency();// 使⽤串⾏⽅式serial();}private static void concurrency() throws InterruptedException {long begin System.nanoTime();// 利⽤⼀个线程计算 a 的值Thread thread new Thread(new Runnable() {Overridepublic void run() {int a 0;for (long i 0; i count; i) {a--;}}});thread.start();// 主线程内计算 b 的值int b 0;for (long i 0; i count; i) {b--;}// 等待 thread 线程运⾏结束thread.join();// 统计耗时long end System.nanoTime();double ms (end - begin) * 1.0 / 1000 / 1000;System.out.printf(并发: %f 毫秒%n, ms);}private static void serial() {// 全部在主线程内计算 a、b 的值long begin System.nanoTime();int a 0;for (long i 0; i count; i) {a--;}int b 0;for (long i 0; i count; i) {b--;}long end System.nanoTime();double ms (end - begin) * 1.0 / 1000 / 1000;System.out.printf(串⾏: %f 毫秒%n, ms);}
} 并发: 399.651856 毫秒 串⾏: 720.616911 毫秒
