多进程和多线程简介
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多进程概念
当前的操作系统都是多任务OS
每个独立执行的任务就是一个进程
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多进程的优点
- 可以同时运行多个任务
- 程序因IO堵塞时,可以释放CPU,让CPU为其他程序服务
- 当系统有多个CPU时,可以为多个程序同时服务
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多进程的缺点
- 太笨重,不好管理
- 太笨重,不好切换
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多线程概念
一个程序可以包括多个子任务,可串/并行
每个子任务可以称为一个线程
如果一个子任务阻塞,程序可以将CPU调度另外一个子任务进行工作。这样CPU还是保留着本程序中,而不是被调度到别的程序(进程)中,提高本程序所获得CPU时间和利用率。
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多进程和多线程对比
- 线程共享数据
- 线程通讯更高效
- 线程更轻量级,更容易切换
- 多个线程更容易管理
Java多线程创建
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java.lang.Thread
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线程继承Thread类,实现run方法
public class Thread1 extends Thread { public void run() { System.out.println("hello"); } }
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java.lang,.Runnable接口
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线程实现Runnable接口,实现run方法
public class Thread2 implements Runnable { public void run() { System.out.println("hello"); } } /* 启动方法 */ new Thread(new Thread2()).start();
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Java的四个主要接口:
Clonable,用于对象克隆 Comparable,用于对象比较 Serializable,用于对象序列化 Runnable,用于对象线程化
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启动
- start方法,会自动以新进程调用run方法
- 直接调用run方法,将变成串行执行
- 同一个线程,多次start会报错,只执行第一次start方法
- 多个线程启动,其启动的先后顺序是随机的
- 线程无需关闭,只要其run方法执行结束后,自动关闭
- main函数(线程)可能早于新线程结束,整个程序并不终止
- 整个程序终止是等所有的线程都终止(包括main函数线程)
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Thread vs Runnable
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Thread占据了父类的名额,不如Runnable方便
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Thread类实现Runnable
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Runnable启动时需要Thread类的支持
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Runnable更容易实现多线程中资源共享(Thread里必须用static变量,才能实现变量共享,Runnable通过普通变量便可达到)
一个线程只能启动一次,通过Thread实现线程时,线程和线程所要执行的任务是捆绑在一起的。也就使得一个任务只能启动一个线程,不同的线程执行的任务是不相同的,所以没有必要,也不能让两个线程共享彼此任务中的资源。
一个任务可以启动多个线程,通过Runnable方式实现的线程,实际是开辟一个线程,将任务传递进去,由此线程执行。可以实例化多个 Thread对象,将同一任务传递进去,也就是一个任务可以启动多个线程来执行它。这些线程执行的是同一个任务,所以他们的资源是共享。
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结论:建议实现Runnable接口来完成多线程
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Java多线程信息共享
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线程类
- 通过继承Thread类或实现Runnable
- 通过start方法,调用run方法,run方法工作
- 线程run结束后,线程退出
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粗粒度:子线程与子线程之间、和main线程之间缺乏交流
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细粒度:线程之间有信息交流通讯
- 通过共享变量达到信息共享
- JDK原生库暂不支持发送消息(类似MPI并行库(C++)直接发送消息)
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通过共享变量在多个线程中共享消息
- static变量
- 同一个Runnable类的成员变量
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多线程信息共享问题
- 工作缓存副本
- 关键步骤缺乏加锁限制
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i++,并非原子性操作
- 读取主存i(正本)到工作缓存(副本)中
- 每个CPU执行(副本)i+1操作
- CPU将结果写入到缓存(副本)中
- 数据从工作缓存(副本)刷到主存(正本)中
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变量副本问题的解决方法
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采用volatile关键字修饰变量
用volatile修饰的变量可以及时在各线程里面通知
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保证不同线程对共享变量操作时的可见性
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关键步骤加锁限制
- 互斥:某一个线程运行一个代码段(关键区),其他线程不能同时运行这个代码段
- 同步:多个线程的运行,必须按照某一种规定的先后顺序来运行
- 互斥是同步的一种特例
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互斥的关键字是synchronized
- synchronized代码块/函数,只能一个线程进入
- synchronized加大性能负担,但是使用简便
Java多线程管理
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线程状态
- NEW刚创建
- RUNNABLE就绪态(start)
- RUNNING运行中(run)
- BLOCK阻塞(sleep)
- TERMINATED结束
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Thread的部分API已经废弃
- 暂停和恢复suspend/resume
- 消亡stop/destroy
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线程阻塞/和唤醒
- sleep,时间一到,自己会醒来
- wait/notify/notifyAll,等待,需要别人来唤醒
- join,等待另一个线程结束
- interrupt,向另外一个线程发送中断信号,该线程收到信号,会出发InterruptedException(可解除阻塞),并进行下一步处理
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线程被动地暂停和终止
- 依靠别的线程来拯救自己
- 没有及时释放资源
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线程主动暂停和终止
- 定期监测共享变量
- 如果需要暂停或终止,先释放资源,再主动动作
- 暂停:Thread.sleep(),休眠
- 终止:run方法结束,线程终止
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多线程死锁
- 每个线程互相持有别人需要的锁
- 预防死锁,对资源进行等级排序
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守护(后台)线程
- 普通线程的结束,是run方法运行结束
- 守护线程的结束,是run方法运行结束,或main函数结束
- 守护线程永远不要访问资源,如文件或数据库
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线程查看工具:jvisualvm